杜永法(镇海炼化股份有限公司，浙江宁波，315207) 2006-10-12
德士古渣油气化炉分上下两部分，上半部为燃烧室，下半部为激冷室。燃烧室的操作温度为1350℃，操作压力为8.53MPa。为防止气化炉壳体失强，燃烧室内衬耐火衬里。燃烧室壳体材质为SCMV3，壳体的设计温度为400℃。在燃烧室壳体外表面设置有表面热电偶，对炉体外表温度进行监测，当壁温超过302℃时，就会发出报警信号。自1983年底试车投用，气化炉炉壁超温现象时有发生，造成装置减负荷生产，甚至停车抢修。 1.1 氧气喷嘴内有异物
1990年12月28日15：45，在装置停工检修中，2#气化炉更换锥底和炉口全部耐火衬里，投料后不久，炉拱顶和颈部超温报警，实测温度达到330℃。经检查各项工艺操作参数正常，耐火衬里是新的，烧嘴是新修复的。停炉后吊出烧嘴检查，发现烧嘴氧气喷嘴内有1个直径27mm、高度12mm不锈钢衬环，是氧气喷嘴端面堆焊高温合金时衬上的，在喷嘴端面金加工后，忘记取掉而遗留下来。更换烧嘴后投料运行，一切正常。
1.2 低负荷运行造成氧气喷嘴烧损
3#气化炉大修后，于2002年4月12日9：55投料，为配合变换炉催化剂硫化，在低负荷下运行。当天多次对气化炉壁温进行检测，未发现异常。4月13日4：00开始加负荷，9：00左右对气化炉壁温进行检测，简体壁温正常，但炉颈部壁温最高达433℃，且四周温度均高，高点温差不大。降负荷后，炉颈温度逐渐下降，16：00左右，炉颈温度下降到285℃左右。14日0：38停3#炉，9：00左右吊出烧嘴，发现氧气喷嘴烧损较大，缩进量由原始的1.85～1.97mm增加到 3.72～4.95mm。氧气喷嘴烧损问题以往也曾发生，但这次使用时间更短。
2004年12月上旬，因尿素装置处理汽提塔问题，合成氨装置低负荷运行3d，恢复正常负荷时，2台气化炉都出现炉颈部壁温高报警，烧嘴冷却水回水温度上升，炉顶部发出异常声音。倒炉处理后检查发现，2台气化炉氧气烧嘴都已烧损。
超温原因：低负荷时，入炉的物料体积流量大幅减少，出烧嘴物料的流速急剧降低，火焰黑区大大缩短，雾化角度扩大，回流区缩小，燃烧区上移，向火面温度升高，气化炉上部炉壁温度随之升高。同时，烧嘴部位温度升高，低负荷下雾化不好，造成烧嘴部位局部过氧，使氧气喷嘴烧损。喷嘴烧损后，雾化状况进一步恶化，火焰形态发生变化，在局部区域产生过氧超温。
1.3 原料油质量差，造成喷嘴烧损或结垢
从2003年下半年开始，气化炉因烧嘴损坏、壁温超温等实施的倒炉操作大幅增加，尤其是2004年，仅1月，同原因的倒炉就达4次，给油气化及合成氨、尿素装置的生产带来极大的困难，影响到全公司的溶剂脱油沥青(DOA)平衡和向炼油装置的供风、供氢、供氮。
几次烧嘴解体，均发现氧气喷嘴头部烧损，燃油通道从头至尾基本被结垢物所堵，烧嘴头内侧清除结垢物后表面光滑，而外侧离端部60～110mm处，局部区域烧损减薄严重，甚至穿孔。
主要原因：气化炉使用的原料DOA中灰分过高，引起烧嘴油通道局部结垢堵塞，出烧嘴DOA偏流，造成氧气喷嘴局部过氧损坏；火焰偏向燃烧甚至返舔烧嘴，而燃油通道距烧嘴头部60～110mm范围是冷却水管保护不到的区域，容易被烧坏；火焰返舔烧嘴和炉膛内高温气体的返混加剧，使烧嘴冷却水温升高，也使炉壁温度升高。
1.4 处理对策
1)加强烧嘴投用前的检查，确保烧嘴的质量，避免有问题的烧嘴投入使用。
2)尽量避免低负荷工况运行。必要时，适当增加蒸汽量，提高物料出烧嘴的流速，尽量使高温火焰远离喷嘴，以提高喷嘴的使用寿
命。
3)对溶脱装置的DOA产量和掺入溶脱装置的Ⅱ催化油浆量进行限制，以降低DOA中的灰分，改善气化炉的原料，避免烧嘴燃油通道结垢，从而保持烧嘴火焰的正常形态，避免烧嘴损坏。
4)将烧嘴冷却盘管连同燃油通道外筒用高密度耐火浇注料浇成一体，由耐高温的无机耐火材料来保护烧嘴外喷嘴和冷却盘管，避免火焰对烧嘴燃油通道头部的烧损。
2 炉颈部位的炉壁超温
改性沥青稳定剂气化炉炉颈部是超温发生最多的部位，3台气化炉投用以来，炉颈部发生的超温现象在100次以上，除了因烧嘴损坏和操作原因造成的超温外，炉口耐火衬里损坏是炉颈部超温的主要原因。家庭视频电话
2.1 炉口耐火衬里损坏
1990年7月18日，1#气化炉炉颈部位开始频繁报警，炉壁温度在280～390℃波动。1990年8月1日，利用渣油泵跳车的机会，对1#气化炉进行抢修。吊出烧嘴，打开上封头进行检查，炉顶部陶纤毡已经跑光，炉口耐火砖和拱顶耐火砖完好，但炉口浇注料上方的刚玉封盖层在东、西两个方向上各出现1个空洞，刚玉封盖层下的浇注料已经掏空，深度约300mm。空洞的位置正好与平时检测到的炉外壁超温位置相对应，说明正是炉U浇注料的掏空，造成炉颈部位窜气，使炉壁超温。1990年8月11日，2#气化炉炉颈部超温，靠北侧实测温度达到426℃，其他方向温度也达到320℃左右。1990年8月13日，
靶向代谢组学分析对2#气化炉进行抢修，打开上封头进行检查，炉口陶纤毡还在，靠北侧刚玉封盖层有一30mm×60mm左右的小孔，深度约330mm。拆除刚玉封盖层，发现北侧和西侧炉口浇注料均已跑空，剩余的浇注料强度很低，有的像灰一样，根本没有粘接，有的虽然粘接成块，但用脚一踩就粉碎。这次2台气化炉相继出现炉颈部超温现象，原因都是炉口浇注料跑空。从现场炉口浇注料拆除的情况分析，浇注料跑空的原因则是浇注料的粘接剂——纯铝酸钙水泥失效造成的。
1996年5月6日，停炉拆装3#炉烧嘴，在拆除所有螺母后进行吊装烧嘴时，炉口内发生小闪爆，烧嘴弹出，造成炉砖表面剥落10mm 左右，引起炉口砖松动。5月12日开车，5月17日炉颈部壁温高报警，最高曾达410℃。5月20日因氮压机原因停工小修，检查发现炉口砖松动，封口砖下沉约10～20mm，浇注料部分掏空。超温原因是闪爆造成炉口砖松动和浇注料碎裂，运行一段时间后，浇注料跑损，产生高温窜气。
2.2 处理对策
1)加强气化炉耐火衬里的砌筑管理，提高衬里的砌筑质量，特别应重视对浇注料粘接剂的管理，避免使用过期、失效或接近失效的粘接剂。在浇注料施工之前，应做浇注料试块试验，确保浇注料的质量。
2)对炉口耐火衬里进行改进，设置封口砖对耐火浇注料进行封闭，避免浇注料跑损。
3)拆装烧嘴前，炉内充氮置换干净，开启吸引器，保持炉内负压状态。在至少保留2颗螺母前提下，先撬动烧嘴法兰，然后再吊离烧嘴。
3 拱顶部耐火衬里损坏造成的炉壁超温
拱顶部耐火衬里主要由一层刚玉砖和一层隔热浇注料构成。除了因低负荷、烧嘴损坏、火焰偏烧造成该部位超温外，因该部位耐火衬里损坏造成的超温情况并不多见，但以下两种特殊情况会造成该部位耐火衬里损坏并超温。
3.1 操作不当造成拱顶砖损坏
1990年5月8日，国内某同类型厂的1#气化炉正在止压升温，发现炉内温度无指示，现场检查有爆燃声，并有震感，操作人员认为是液化气与空气配比不合适造成，立即上炉进行调整。调整后炉内温度上升，爆燃声消失，燃烧正常。当炉内温度升至900℃时，1#炉拱顶外壁测温区灯亮，仪表人员到现场误测了平时出现报警的1#炉筒体外壁测温区温度为130℃，属正常，并把测量结果告诉操作人员，操作人员对仪表的测量结果未确认和分析，误认为是误报警，没有引起重视。8日14：30气化炉投料，9日3：45 1#气化炉顶部瞬间爆鸣，气体着火喷出，当即紧急停车，停车时炉内1350℃、7.5MPa。该事故造成设备严重损坏。主要原因：在1#炉升温过程中，没有严格执行操作规程，在低于1050℃；时，液化气和空气配比不当的条件下，采用正压升温，造成炉内爆燃震动，使气化炉内衬
炉砖局部产生松动、裂缝甚
至脱落，炉内高温气体直射炉壁超温，炉壁材质强度下降。随炉内压力升高，炉壁凸起破裂。
3.2 使用过度，刚玉砖衬里下滑
1989年3月20日，对2#气化炉清渣处理时，发现炉口20号砖全部、拱顶部分18、19号砖掉落在激冷室底封头上。拆卸上封头检查，炉口最上面一环22A号砖与炉口法兰间距从40mm增大到100mm左右，并向西北方向倾斜。将镜子伸进炉膛，利用反光对拱顶进行检查，发现18、19号砖全部脱落，17号砖也有部分脱落。2#气化炉继续投料生产后，拱顶部温度持续上升，6h后达到420℃，32h后因炉壁发红而作停炉处理。主要原因是当时耐火砖质量较差，加上工艺操作状况不佳，耐火砖使用寿命较短。在当时的条件下，该炉耐火砖已经使用过度(8304h)，使热电偶下方刚玉砖减薄严重，局部地方甚至已完全烧损，中间曾更换过一次的锥底刚玉砖已全部烧损。在经过开停车的温度和压力波动后，减薄严重的刚玉砖脱落较多，上部刚玉砖衬里因无支撑而下滑，在炉顶部形成空档，造成拱顶部超温。
3.3 处理对策
试管架
1)加强人员的素质培训教育，严格执行工艺操作规程。
2)总结使用经验，利用各次停炉机会，对耐火砖的使用情况进行检查，在刚玉砖减薄至 50mm左右时，
考虑予以更换。
3)将减薄速率最快的热电偶孔以下部位刚玉砖从114mm加厚到164mltl，增加刚玉砖的允许减薄量，延长其使用寿命。
4 气化炉筒体部位的炉壁超温
气化炉简体部位炉壁超温大部分发生在筒体的热电偶孔部位，除了因烧嘴损坏、火焰偏烧和锥底山口堵塞原因外，超温主要是该部位耐火砖松动、耐火纤维保护套碎裂造成的高温窜气引起的。而简体其他部位发生的炉壁超温则主要是烧嘴损坏、火焰偏烧或者锥底出口大量结渣引起的。
4.1 热电偶孔损伤造成的炉壁超温
1990年7月15日20：15，2#气化炉T-11高温热电偶上方有约300mm2范围发红，紧急停车，吊出烧嘴检查发现，炉口砖完好，筒体砖表面完好，加厚砖台阶清析可见。继续投料运行后，T-11高温热电偶附近壁温度在250～320℃波动，7月26日开始增加T-11的吹氮量，温度降低40℃左右。9月13日，利用处理主蒸汽系统故障的机会，对2#气化炉高温热电偶进行处理。拆除热电偶连接法兰，掏出硅酸铝纤维套和已损坏的多晶氧化铝纤维，将热电偶孔内碎料和灰尘清理干净。刚玉砖层热电偶孔用高炉修补料和AA-22刚玉浇注料堵实，氧化铝空心球砖层和泡沫粘土砖层用高温硅酸铝纤维堵死。开车运行后，2#气化炉T-11高温热电偶附近炉壁温度基本保持在200℃以下。
4.2 处理对策
1)规范高温热电偶的更换、拆装工作，尽量避免热电偶更换过程中对该部位耐火砖和耐火纤维保护套的损坏。
2)超温时，首先调节工艺参数，适当降低负荷、降低氧油比，降低炉内温度，并增加热电偶高压保护氮的充氮量。
3)停车时，对热电偶孔进行检查，根据具体情况，选择更换耐火纤维保护套或用耐火浇注料堵塞热电偶孔。
5 锥底部位的炉壁超温
5.1燃烧室底部损坏
2003年10月，1#气化炉压差波动较频繁，10月27日系统负荷由95％加到105％，运行基本正常。但至30日3：20，工艺气出口温度突然上升，且发现LCA-4液位必须控制在80％以上才能稳住工艺气出口温度，同时发现1#炉靠工艺气出口管线上方(气化炉二楼平台下)壁温上升，其他部位壁温正常。在采取提高LCA-4液位和降低气化炉负荷等措施后，气化炉壁温仍上升，至9：50壁温最高达440℃。10：36手动停1#炉，13：30吊出烧嘴，没发现烧嘴有明显缺陷，气化炉内挂渣不是很严重，但燃烧室出气
口较小。急冷室内积渣较多，与以往相比，渣的形态有所变化，片状渣较以往明显减少，大块渣增多。初步检查未发现急冷环降液管有问题，后进炉检查，发现气化炉燃烧室底部锥体反向法兰处烧穿，急冷环连接法兰也有烧损。超温原因：在运行期间，燃烧室出气口结渣，造成部分堵塞，多次出现压差在高位(1.23MPa)反复波动，结渣的不均匀引起高温工艺气偏流，导致激冷环和锥底出口砖损坏而烧穿裸露出来的锥底反向法兰。部分未冷却的工艺气从被烧穿处走短路，导致出口工艺气体和出口管周围温度高。
5.2 原料质量差造成锥底出口堵塞
2000年至2001年期间，由于使用催化剂含量高的催化油浆作气化炉的原料，炉内结渣严重，炉底出口缩小，气化炉压差持续上升，且频繁波动，炉壁经常超温报警，最高曾达470℃。以往炉内结渣，一般是筒体中部以上结渣厚，而热电偶孔以下部位由于受烧嘴火焰气流的冲刷，结渣很薄，耐火砖减薄量很大，该部位直径最大。而这段时间的情况是，热电偶以下部位结渣厚度最大，1#气化炉炉砖在使用了近19000h后，由于结渣使筒体内径由原始的1270mm缩小至1000～1100mm左右。而且，结渣从锥底向上堆积起来，其中2#气化炉最高一次的堆积高度达到1m左右，已超过热电偶孔位置，简体内径由原始的1270mm缩小至780mm，锥底出口已被堵塞，只在西南方向有1个小孔。5.3 燃烧室烘炉时可能发生的现象
2001年8月，3#气化炉烘炉升温至870℃时，壁温检测发现燃烧室简体底部(锥底衬里部位)外壁温度达到180℃，而该气化炉底部耐火衬里刚刚更换过，不应该存在问题。分析造成壁温过高的原因：烘炉的高温气体通过中心激冷环降液管和底部激冷水鼓泡传热冷却后，再从降液管外侧上升到激冷室上部，从侧壁出气化炉。由于烘炉时激冷室液位很低，高温气体无法得到充分冷却，使激冷室除积水的底封头外均维持在较高的温度状态。激冷室的高温通过炉壁(内壁无耐火衬里而外壁保温)向上传递，使靠近激冷室的燃烧室底部外壁温度过高。正常生产时，激冷室液位保持在50％左右，虽然炉内气体的温度高达1350℃左右，经过与激冷水的鼓泡传质传热，温度下降到255℃左右，此时，燃烧室简体下部外壁温度一般在180～230℃。
5.4 处理对策
1)改善气化炉的原料，控制原料中A12O3、SiO2灰分及Ni等重金属含量，减少结渣。
2)将锥底第2层砖由氧化铝空心球砖改为刚玉砖，提高抗冲刷、浸蚀性能。
3)将激冷环降液管材质由SUS304改为INCONEL600，提高钢材的耐高温性能，延长降液管的使用寿命。
6 结束语
造成气化炉炉壁超温的原因是多种多样的，其中最主要的原因是气化炉原料质量差引起的烧嘴损坏和出口结渣堵塞。改善气化炉原料，针对各种炉壁超温现象采取相应的处理对策，可有效地保持化肥装置的正常运行。
德士古气化炉烧嘴泄漏的监测和判断
艾尔肯·牙森何辉伟孔晨辉(中石油乌鲁木齐石化分公司化肥厂，新疆乌鲁木齐，830019) 2004-12-16
中石油乌鲁木齐石化分公司化肥厂第一套合成氨装置中的气化炉采用德士古专利，其原理是将渣油、蒸汽和氧气以适当配比混合，不完全燃烧生成工艺气。高压氧气(25℃、9.60MPa)和经过预热的渣油(315℃、10.0MPa)及蒸汽(320℃、10.0MPa)分别通过烧嘴的中心管和环隙喷人气化炉燃烧室，雾化混合燃烧。烧嘴加装在燃烧室顶部，并设有冷却水盘管及夹套。冷却水进出口温度分别为38℃、40℃，压力分别为1.47MPa、 0.098MPa。气化炉燃烧室温度1350℃。尽管烧嘴正常工作时，冷却水及物流对烧嘴起冷却保护作用，但高速物流的冲刷及含硫工艺气的侵蚀，以及低负荷高温热区的上移都会对烧嘴损害很大。同时在停车期间，烧嘴头部受高温辐射，部分区域得不到保护，易发生泄漏。
进入20世纪90年代，全国大化肥逐步实现设备国产化，气化炉的德士古烧嘴也改为由国内制造。由于烧嘴头与冷却水盘管的使用条件比较苛刻，在1350℃以上的高温炉膛内，承受炉内火焰和物料的冲刷。同时由于国内材料质量不过关，制造技术存在一定的不足，因此在烧嘴国产化后出现了更多次烧
嘴泄漏等问题[1]。烧嘴所用冷却水在2～3台气化炉烧嘴中循环利用，当发现烧嘴泄漏时停整套气化装置，检查所有烧嘴并修复泄漏烧嘴是不现实的。所以需借助化验分析手段来准确判断哪一台烧嘴在泄漏，泄漏程度的大小等。当气化炉烧
嘴泄漏达到一定程度时，应及时停下发生泄漏的部分进行检修。生产装置可以处于减负荷运行，避免整套装置停工，节省费用。
1 实验部分顶到子宫肚子涨
1.1 原理
利用稀溶液中亨利定律确定冷却水中溶解度较小的永久性气体(H2，CO，N2等)含量，工艺气中溶解度比较小的永久性气体在水中溶解度与气相中分压呈正比关系。以上气体在高压下已泄漏到烧嘴冷却水中，并大量溶解，在常压下由于气相中分压降低，气体解吸释放出所溶解的大部分气体，通过一定的手段取出冷却水所释放出的气体，在气相谱仪上进行分析，通过分析数据判断烧嘴泄漏程度的大小。亨利定律：在一定温度和平衡状态下，挥发性溶质i的分压p i和它在溶液内的摩尔分数x i成正比。即：p i＝k i x i。对于泄漏的氢气： p i高压氢＝k氢x高压氢，p i低压氢＝k氢x低压氢。
一般情况下大气中摩尔分数xi变化不太明显，解吸气中漏的氢含量等于
蒸汽吹灰器
k氢(x高压氢－x低压氢)，而氢气等水中溶解度比较小的永久性气体本身在常压环境中x低压氢值变化不会太大，所以解吸气中x高压氢值比较大，表明泄漏程度就会比较明显。
1.2 取样
从图1中可以看到烧嘴盘管所用冷却水的流程，选取4个取样监测点：4112-V1、FT-11、FT-12和FT-311。图1中4112-V1取样点取的是气样，因是微正压，用双联球取样。在谱仪上进行分析H2和CO含量，根据谱仪的灵敏度和试验情况，当4112-V1中的H2+CO含量大于0.01％时，确认烧嘴发生泄漏。此时开始做FT-11、FT-12和 FT-311分析。Ft-11，FT-12或FT-311是水样，用一定的取样装置(已申报国家专利)来取出冷却水中溶解的气体样品。在气相谱仪上分析样品中 H2和CO含量，通过对以上分析数据的比较，就可以确认发生泄漏的气化炉烧嘴，从而给烧嘴的更换提供准确的信息。
2 讨论
以前判断气化炉烧嘴泄漏时，首先当4112-V1分析中发现有异常超标数据后，分别在FT-11，FT-12或FT-311样点取一定量的冷却水样品，测定此样品的pH值和电导率值，然后通过其检测数据的变化判断烧嘴泄漏程度。此种方法取出来的样品缺乏代表性，影响因素比较复杂。一方面气化炉所用原料组分含量变化是无法准确预测；另一方面烧嘴冷却水中泄漏的酸性气体、一些金属离子或其他杂质的微小变化，直接影响pH值或电导率值的分析数据。pH值和电导率变化不仅仅是反映烧嘴的泄漏程度，也反映工艺气中某些组分含量的变化，所以根据pH值和电导率检测结果无法准确判断同时运行的几台气化炉烧嘴泄漏的程度和位置。为了验证以上观点的正确性，做一系列实验：首先选择一次烧嘴泄漏的时间，然后在以上3个取样点同时用两种取样方法进行取样、监测。具体分析数据的变化见图2，3，4。
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