45萬(wàn)噸合成氨一段轉(zhuǎn)化爐輻射段、過(guò)渡段保溫襯里更換總結(jié)

孫中華 陳 波

(四川瀘天化股份公司，四川瀘州, 646300)

1 概述

一段爐是合成氨裝置中的關(guān)鍵設(shè)備之一，用以將天然氣和蒸汽在催化劑的作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，以制備合成氨生產(chǎn)中所需的氫氣，某公司合成車間新系統(tǒng)合成氨裝置一段爐的爐型為頂部燒咀型，外部成方箱形爐體，爐膛內(nèi)有9排轉(zhuǎn)化管，每排42根，一共378根；爐頂燒咀10排，每排16個(gè)，一共160個(gè)；燒咀火焰垂直平行轉(zhuǎn)化管，燃燒天然氣和普里森系統(tǒng)的非滲透氣，產(chǎn)生的熱量以輻射熱傳遞給轉(zhuǎn)化管。

一段轉(zhuǎn)化爐輻射段和過(guò)渡段保溫襯里于2007年大修更換，采用的保溫材料為傳統(tǒng)疊砌復(fù)合襯里和陶瓷纖維毯，由于其使用時(shí)間都較長(zhǎng)，隨著使用時(shí)間的增加，一段爐膛輻射段保溫耐火襯里損壞也在加劇，雖然每年大修都在不斷地修復(fù)，但是簡(jiǎn)單地處理解決不了根本問(wèn)題，由于爐墻體保溫裂縫和部分膨脹縫的損壞，輻射段爐墻溫度偏高，特別是上部爐墻板靠近燒咀的燃燒區(qū)，爐墻板的溫度較高；根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，輻射段爐墻溫度一般在70—135℃；尤其是在窺孔周圍，局部溫度高達(dá)160℃；爐墻東面和西面由于長(zhǎng)時(shí)間高溫氣流沖蝕，西南面爐墻出現(xiàn)保溫泡沫化分層現(xiàn)象，同時(shí)外壁爐墻溫度也較高，東面爐墻上部粉化嚴(yán)重，爐墻表面出現(xiàn)保溫剝蝕；南面爐墻部分出現(xiàn)內(nèi)部變色的情況；生產(chǎn)運(yùn)行中轉(zhuǎn)化管和上升管壁上面附著較多的保溫纖維，可能影響轉(zhuǎn)化管傳熱；粉化的保溫材料可能隨著煙氣帶入對(duì)流段附著于盤管上面，盤管換熱能力下降，煙氣溫度上升，增大了熱量損失[1]。

2014年1月大修更換101-B豎琴管時(shí)，整體更換一段爐輻射段爐頂保溫襯里；生產(chǎn)運(yùn)行中爐頂保溫折疊塊出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，折疊塊高低不平，折疊塊之間出現(xiàn)一定間隙，偶爾轉(zhuǎn)化管纖維毯出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，每年大修中都要對(duì)爐頂進(jìn)行局部修復(fù)，但效果不明顯，通過(guò)數(shù)據(jù)測(cè)量，爐頂溫度高達(dá)170—210℃，給生產(chǎn)中巡檢和調(diào)整頂燒帶來(lái)不便。為保證更換前后進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，車間在一段爐外壁確定了測(cè)量點(diǎn)，并用黑色的油漆噴涂好測(cè)量點(diǎn)，在更換前對(duì)101-B壁面溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，2020年10月26日101-B爐墻溫度測(cè)量數(shù)據(jù)如下：

(1)輻射段爐墻表面平均溫度(東、西、北面)如表1。

表1 101-B輻射段爐墻表面溫度(東、西、北面)測(cè)量記錄(磁性溫度計(jì))

(2)輻射段爐墻表面平均溫度(南面)溫度如表2。

表2 101-B輻射段爐墻表面溫度(南面)測(cè)量記錄(磁性溫度計(jì))

(3)過(guò)渡段表面平均溫度(頂部、側(cè)墻)如表3。

表3 101-B過(guò)渡段表面溫度(頂部、側(cè)墻)測(cè)量記錄(磁性溫度計(jì))

2 襯里更換方案

2020年底大修中更換了一段轉(zhuǎn)化爐輻射段爐頂、爐墻、看火孔，輻射段爐頂：東西向凈空16.20m、南北向13.00m，更換厚度為180mm；輻射段爐墻：東西向凈空16.20m、南北向13.00m，高約8.80mm，為煙道頂?shù)綘t頂部分，更換厚度為250mm；其中爐墻北面有20個(gè)看火孔、南面有10個(gè)看火孔，采用真空成型高鋁陶瓷纖維。過(guò)渡段頂為梯形：北面長(zhǎng)16.20m、南面長(zhǎng)14.60m，南北寬2.75m，更換厚度為200mm；過(guò)渡段側(cè)墻：長(zhǎng)2.9m、高1.5m，更換厚度為250mm，與對(duì)流段爐墻連接。

2.1 一段轉(zhuǎn)化爐輻射段爐頂、爐墻需要更換的耐火纖維襯里材料

2.1.1 爐頂襯里材料

爐頂部位采用疊砌復(fù)合襯里，總厚度180mm，襯里從冷面到熱面依次為：爐頂鋼板焊釘后表面涂刷防露點(diǎn)腐蝕涂料，-20mm；1260級(jí)陶瓷纖維毯(25mm壓縮)，-0.1mm；阻氣鋁箔，-160mm；28級(jí)威盾整體模塊，模塊配套錨固釘材質(zhì)為06Cr25Ni20。(注：爐頂尺寸：東西向凈空16.20m、南北向13.00m。)

2.1.2 爐墻襯里材料

爐墻部位采用疊砌復(fù)合襯里，總厚度250mm，襯里從冷面到熱面依次為：爐墻鋼板焊釘后表面涂刷防露點(diǎn)腐蝕涂料，-25mm；1260級(jí)陶瓷纖維毯(30mm壓縮)，-0.1mm；阻氣鋁箔，-25mm；1260級(jí)陶瓷纖維毯(30mm壓縮)，-200mm；26級(jí)威盾整體模塊，模塊配套錨固釘材質(zhì)為06Cr25Ni20。(注：四面爐墻尺寸：東西向凈空16.20m、南北向13.00m，高約8.80m。)

2.1.3 一段轉(zhuǎn)化爐過(guò)渡段爐頂、爐墻需要更換的耐火纖維襯里材料

爐頂、爐墻均采用下列襯里材料：爐頂、爐墻部位采用疊砌復(fù)合襯里，總厚度均為200mm，襯里從冷面到熱面依次為：爐頂、爐墻鋼板焊釘后表面涂刷防露點(diǎn)腐蝕涂料，-25mm；1260級(jí)陶瓷纖維毯(30mm壓縮)，-0.1mm；阻氣鋁箔，-25mm；1260級(jí)陶瓷纖維毯(30mm壓縮)，-150mm；26級(jí)威盾整體模塊，模塊配套錨固釘材質(zhì)為06Cr25Ni20。(注：過(guò)渡段頂，為梯形：北面長(zhǎng)16.20m、南面長(zhǎng)14.60m，南北寬2.75m。過(guò)渡段側(cè)墻：長(zhǎng)2.9m，高1.5m，與對(duì)流段爐墻連接。)

3 保溫襯里更換后運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比

裝置開車正常平穩(wěn)運(yùn)行一個(gè)月后(負(fù)荷達(dá)到95%以上)，車間對(duì)輻射段、過(guò)渡段爐體外壁溫度進(jìn)行考核，考核條件為：在輻射段、過(guò)渡段熱面溫度：≯1150℃，當(dāng)?shù)貧庀鬁囟龋?8—22℃，風(fēng)速：0m/s(不超過(guò)一級(jí))的設(shè)計(jì)條件下，達(dá)到以下保證值，如表4。

表4 輻射段爐墻、過(guò)渡段爐墻表面溫度性能考核數(shù)據(jù)表

3.1 考核情況

裝置自2021年2月15日開車后已平穩(wěn)運(yùn)行1個(gè)月，經(jīng)生產(chǎn)管理部、設(shè)備管理部組織于2021年3月17上午8:30-10:30，氣溫18-19℃，天氣晴、微風(fēng)，裝置系統(tǒng)負(fù)荷97%，具備101-B輻射段、過(guò)渡段爐墻表面溫度測(cè)試條件，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)磁性溫度計(jì)及紅外溫度計(jì)測(cè)試記錄如下：

3.1.1 輻射段爐墻表面平均溫度(東、西、北面)

輻射段爐墻表面平均溫度(東、西、北面)如表5。

表5 101-B輻射段爐墻表面溫度(東、西、北面)測(cè)量記錄(磁性溫度計(jì))

3.1.2 輻射段爐墻表面平均溫度(南面)溫度

輻射段爐墻表面平均溫度(南面)溫度如表6。

表6 101-B輻射段爐墻表面溫度(南面)測(cè)量記錄(磁性溫度計(jì))

3.1.3 過(guò)渡段表面平均溫度(頂部、側(cè)墻)

過(guò)渡段表面平均溫度(頂部、側(cè)墻)如表7。

表7 101-B過(guò)渡段表面溫度(頂部、側(cè)墻)測(cè)量記錄(磁性溫度計(jì))

3.2 保溫襯里更換前后測(cè)量溫度對(duì)比情況

系統(tǒng)大修開車正常1個(gè)月，環(huán)境溫度符合考核要求的18-22℃，負(fù)荷達(dá)到95%以上，滿足考核條件，考核結(jié)果為：

(1)東西北爐墻外壁30點(diǎn)平均溫度為≤76℃。

(2)南面爐墻外壁5點(diǎn)平均溫度為≤84℃。

(3)過(guò)渡段頂10點(diǎn)、側(cè)外壁各2點(diǎn)，合計(jì)14點(diǎn)平均溫度為≤63℃。比較技術(shù)附件，均滿足要求。

保溫襯里更換前后對(duì)比數(shù)據(jù)如表8。

表8 輻射段、過(guò)渡段爐墻表面溫度更換前后對(duì)比數(shù)據(jù)

3.3 節(jié)能分析

對(duì)比2020年10月26日測(cè)溫：

(1)東西北爐墻外壁30點(diǎn)平均溫度差為：118-76=42℃。

(2)南面爐墻外壁5點(diǎn)平均溫度差為124-84=40℃。

(3)過(guò)渡段頂10點(diǎn)、側(cè)外壁各2點(diǎn)，合計(jì)14點(diǎn)平均溫度差為102-63=39℃。

平均溫差為40℃，明顯提高了爐墻保溫能力。

輻射段、過(guò)渡段爐墻節(jié)能計(jì)算數(shù)據(jù)如表9。

表9 輻射段、過(guò)渡段爐墻節(jié)能計(jì)算數(shù)據(jù)

4 結(jié)語(yǔ)

裝置開車后，轉(zhuǎn)化爐整體運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好，根據(jù)前期考核方案，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)磁性溫度計(jì)測(cè)試，東西北爐墻外壁30點(diǎn)平均溫度為≤76℃；南面爐墻外壁5點(diǎn)平均溫度為≤84℃；過(guò)渡段頂10點(diǎn)、側(cè)外壁各2點(diǎn)，合計(jì)14點(diǎn)平均溫度為≤63℃；更換后明顯提高了爐墻保溫能力[2]。根據(jù)2009年12月8日《中國(guó)環(huán)境報(bào)》報(bào)道的數(shù)據(jù)，在節(jié)能方面：外壁溫度每降低1℃，每年每平方節(jié)能折合天然氣18立方，折合電110度，折合煤13kg；在減排方面：每節(jié)約1度電=每年每平方減排二氧化碳0.997kg，可以在運(yùn)行中減少運(yùn)行熱量損失，達(dá)到節(jié)能降碳的目的。