對(duì)甲醇轉(zhuǎn)化爐夾套冷卻系統(tǒng)改造的研究

張川川

一、前言

河北峰煤焦化公司甲醇一車(chē)間利用焦化裝置副產(chǎn)的焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)甲醇。設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為10萬(wàn)噸年甲醇，實(shí)際生產(chǎn)能力9.6萬(wàn)噸年甲醇，主要生產(chǎn)裝置包括：氣柜、焦?fàn)t氣壓縮、精脫硫、轉(zhuǎn)化、合成氣壓縮、甲醇合成、甲醇精餾、甲醇罐區(qū)、裝卸站、空分。車(chē)間生產(chǎn)的甲醇產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到GB338-2004優(yōu)等品，外觀為無(wú)色透明液體，無(wú)特殊異臭氣味。

在整個(gè)甲醇裝置中，轉(zhuǎn)化爐屬于核心設(shè)備之一。該轉(zhuǎn)化爐為化二院設(shè)計(jì)，其內(nèi)徑2.2米，高18.6米，筒體外設(shè)有水夾套；該轉(zhuǎn)化爐筒體材質(zhì)為16MnR，夾套簡(jiǎn)體材質(zhì)Q235-C；爐內(nèi)設(shè)計(jì)壓力2.53Mpa，工作壓力2.3Mpa；爐內(nèi)操作溫度985～1600℃；屬三類(lèi)壓力容器。轉(zhuǎn)化爐內(nèi)裝轉(zhuǎn)化催化劑：20.9 m3；在爐內(nèi)，采用加壓催化部分氧化法，在轉(zhuǎn)化爐上部燃燒室內(nèi)，焦?fàn)t氣中氫氣甲烷與氧氣進(jìn)行燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生大量熱量，為在轉(zhuǎn)化催化劑床層的甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)提供熱量，生成H2、CO、CO2，為后序甲醇合成提供有效的原料氣。轉(zhuǎn)化爐作為甲醇生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，其操作溫度最高，對(duì)設(shè)備要求也是最高的。

轉(zhuǎn)化爐內(nèi)反應(yīng)過(guò)程：

由上述反應(yīng)可以看出，轉(zhuǎn)化爐內(nèi)釋放出大量的反應(yīng)熱，造成爐內(nèi)溫度很高，轉(zhuǎn)化爐內(nèi)的耐高溫澆注料將起到保護(hù)爐壁鋼板的作用，而外部水夾套作為冷卻外側(cè)爐壁的裝置，也對(duì)降低爐壁溫度，保護(hù)爐壁安全起到至關(guān)重要的作用。但在實(shí)際使用過(guò)程中，轉(zhuǎn)化爐外部夾套由于自身缺陷也出現(xiàn)過(guò)各種問(wèn)題，影響了轉(zhuǎn)化爐的安全運(yùn)行。

二、重點(diǎn)要解決的問(wèn)題

轉(zhuǎn)化爐夾套作為爐壁保護(hù)套，覆蓋了整個(gè)轉(zhuǎn)化爐外壁，其中夾套冷卻水使用循環(huán)水低進(jìn)高出的方式對(duì)爐壁進(jìn)行循環(huán)冷卻。由于受設(shè)備結(jié)構(gòu)制約，夾套平均寬度在12公分，而且存在多處死角。造成轉(zhuǎn)化爐夾套在使用過(guò)程中出現(xiàn)諸多問(wèn)題。主要表現(xiàn)在：

（1）轉(zhuǎn)化爐夾套冷卻水設(shè)計(jì)使用循環(huán)水冷卻，上回水分別接在循環(huán)水總管上，水壓受循環(huán)水大系統(tǒng)影響較大，一旦其他系統(tǒng)用水量大時(shí)將會(huì)造成夾套循環(huán)水壓力降低，夾套用水量減少，熱量無(wú)法帶走，從而影響轉(zhuǎn)化爐爐壁溫度。

（2）使用循環(huán)水冷卻受氣溫影響較大，夏季循環(huán)水上水溫度達(dá)35℃甚至更高，致使轉(zhuǎn)化爐夾套冷卻效果受到很大影響，也會(huì)影響到轉(zhuǎn)化爐爐壁溫度。

（3）由于夾套設(shè)計(jì)存在多處死角，而循環(huán)水水質(zhì)較差，水中含有大量的淤泥，受夾套空間小的影響，循環(huán)水在夾套內(nèi)流速慢，造成大量淤泥沉積在夾套死角中，淤泥經(jīng)過(guò)爐內(nèi)高溫烘烤，會(huì)直接結(jié)成硬垢附著在爐壁上，造成夾套空間變小，對(duì)夾套和爐壁造成不可逆轉(zhuǎn)的危害。

（4）受到以上因素影響，在生產(chǎn)過(guò)程中轉(zhuǎn)化爐夾套多次出現(xiàn)局部超溫，循環(huán)水量最高時(shí)可達(dá)35m3/h以上，而低的時(shí)候只有30m3/h左右。

受到轉(zhuǎn)化爐夾套本身存在問(wèn)題影響，每次車(chē)間計(jì)劃性檢修，都會(huì)選擇幾個(gè)高溫部位，使用氣焊在夾套外壁開(kāi)孔，查看夾套內(nèi)部情況，每次都能發(fā)現(xiàn)夾套內(nèi)部有很多污泥聚集，還有大量硬垢粘在爐壁，由于受夾套結(jié)構(gòu)限制，只能通過(guò)人工掏以及化學(xué)清洗的方式進(jìn)行局部處理，但總體處理效果都較差，無(wú)法從根本上解決問(wèn)題。可以說(shuō)，隨著生產(chǎn)的深入進(jìn)行，轉(zhuǎn)化爐夾套的使用狀況也一直在惡化，必須考慮對(duì)其進(jìn)行改造徹底解決以上存在問(wèn)題，才能使轉(zhuǎn)化爐夾套系統(tǒng)的安全等級(jí)得到根本提高。

三、技術(shù)改造方案

結(jié)合近幾年轉(zhuǎn)化爐夾套使用過(guò)程中存在問(wèn)題，車(chē)間經(jīng)多方考察研究，認(rèn)真研究轉(zhuǎn)化爐夾套結(jié)構(gòu)，結(jié)合目前最先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，以及各兄弟單位的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，提出了對(duì)轉(zhuǎn)化爐夾套冷卻水改造的方案，從而徹底解決轉(zhuǎn)化爐夾套存在的各類(lèi)安全隱患。

（1）工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明：

在現(xiàn)有轉(zhuǎn)化爐夾套水入口管上增加閥門(mén)，切斷循環(huán)水上水。自脫鹽水冷卻器入口管路上，接出脫鹽水，設(shè)置流量調(diào)節(jié)，控制進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐夾套脫鹽水量。轉(zhuǎn)化爐夾套水出口管線上增加閥門(mén)，切斷循環(huán)水回水，加熱后的脫鹽水進(jìn)入新增的脫鹽水調(diào)節(jié)罐暫存，由新增的脫鹽水泵加壓后，返回脫鹽水冷卻器入口。本改造將轉(zhuǎn)化爐改用脫鹽水換熱后，回收的熱量得到利用不浪費(fèi)，非常符合當(dāng)下節(jié)能減排要求。

（2）裝置布置及配管

（一）應(yīng)用的主要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

《化工裝置工藝系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)定》（HG20557-20559）

《化工裝置設(shè)備布置設(shè)計(jì)規(guī)定》（HG20546）

《化工裝置管道材料設(shè)計(jì)規(guī)定》（HG/T20646）

《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50160）

《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50058）

《化工裝置管道機(jī)械設(shè)計(jì)規(guī)定》（HG/T20645）

《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50316

《化工配管用無(wú)縫鋼管及焊接鋼管尺寸選用系列》（HG20553）

《輸送流體用無(wú)縫鋼管》（GB/T8163）

《石油裂化用無(wú)縫鋼管》（GB9948）

《化工裝置管道布置設(shè)計(jì)規(guī)定》（HG/T20549）

《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016）

《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T50265）

《化工建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)定》（HG/T20667）

《化工工藝設(shè)計(jì)施工圖內(nèi)容和深度統(tǒng)一規(guī)定》（HG20519）

《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH3007）

《低壓流體輸送用焊接鋼管》（GB/T3091）

《壓力管道規(guī)范工業(yè)管道》（GB/T20801）

《化工企業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計(jì)規(guī)定》（HG20571）

《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GBZ1-2010）

（二）裝置布置要求

（1）裝置布置應(yīng)滿(mǎn)足防火、防爆等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的要求。

（2）裝置布置滿(mǎn)足工藝流程、安全生產(chǎn)和環(huán)保的要求，并滿(mǎn)足工廠總體布置；操作、維修、施工的需要；結(jié)合實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，力求經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)省用地。

（3）設(shè)備按工藝流程順序和同類(lèi)設(shè)備適當(dāng)集中相結(jié)合的原則進(jìn)行布置。

（4）脫油罐等考慮設(shè)備安裝所需的空間，盡量靠近檢修道路一側(cè)布置。裝置布置還應(yīng)考慮設(shè)備檢修和固體物料裝卸所需的空間。

（6）大型裝置內(nèi)設(shè)貫通式的消防及檢修通道。保證消防作業(yè)的可抵達(dá)性和可操作性。

（三）改造示意圖

四、效果分析

改造以后，轉(zhuǎn)化爐夾套水全部使用脫鹽水進(jìn)行換熱，脫鹽水水質(zhì)好，溫度低，徹底解決了循環(huán)水冷卻存在的問(wèn)題，轉(zhuǎn)化爐夾套溫度進(jìn)一步降低，夾套結(jié)垢問(wèn)題也得到徹底解決，轉(zhuǎn)化爐夾套的使用安全等級(jí)得到大幅度提升，間接對(duì)轉(zhuǎn)化爐的保護(hù)發(fā)揮更好的作用。另外，本改造只是利用脫鹽水的冷量，沒(méi)有增加脫鹽水消耗，不會(huì)對(duì)后續(xù)裝置造成影響，是一個(gè)明顯提升安全和經(jīng)濟(jì)效益的改造項(xiàng)目，值得同行業(yè)的大力推廣。