瓦斯掺烧量对一段炉的影响05z1302

·872· 石 油 化 工 PETROCHEMICAL TECHNOLOGY 2005年第34卷增刊 瓦斯掺烧量对一段转化炉的影响 黄 智，龙新明，蒋建农 (乌鲁木齐石化公司 化肥厂，新疆 乌鲁木齐 830019) 〔摘要」介绍了瓦斯气掺烧量的多少对一段转化炉的运行所带来的不利影响以及如何选择合理的掺烧比例。 [关键词〕瓦斯气;掺烧;一段转化炉 〔中图分类号〕TQ 113.2 [文献标识码」A 一段转化炉的燃料共有3个来源:一是燃料 天然气，其组成与原料天然气完全相同，流量 为3 120 M3 /h，约占一段炉整个燃料气体积流量 的11.5%;二是来自净化冷箱工艺气经深冷净化 后脱除的燃料废气，其主要成分为氮气、甲烷、氢 气和氢气，设计流量为19 590 M3 /h，占一段炉整 个燃料气体积流量的62.7%;三是来自合成回路 的合成驰放气，其主要成分为氢气、氮气和氢气， 设计流量为4 260 M3 /h，占一段炉整个燃料气体 积流量的巧.8% o 表1 一段转化炉燃料气数据 燃料天然气 冷箱废气 合成驰放气 设计值 实际值 设计值 实际值 设计值 实际值 组成，% CH4 92.59 88.34 16.48 C2氏 3.79 7.36 C3 Hg 1.38 1.05 CA a 0.28 0.19 C5 H12 0.02 0.03 co, 1.40 0.06 NZ 0.59 2.74 76.88 H2 4.91 Ar 1.73 流量/ ( m3·h一’) 3 120 5 500 19 590 热值/(MI·m -3) 37.144 37.499 6.423 占供热比例，% 42.14 64.30 45.78 83.10 5.12 3.40 24 000 3.552 26.60 24.06 72.21 4 7. 28.39 67.81 3.65 4000 7.313 9.10 ??? ??? ???? 1999年作为节能降耗项目，开始将炼油厂的瓦 斯气引人一段转化炉的燃料气系统，用以替代部分 燃料天然气以达到节能降耗的目的。随着瓦斯气掺 烧量的不断增加，在节省了一部分燃料天然气的同 时，也给一段炉的运行带来了一系列的问。 瓦斯气组成:H2 55. 00% , CH4 22. 65% 1 CA 9.75%，CZH6 8.66%，C,H6 0.28%O，CA 1.48%， CA, 1·50%O，C4 H$ 0. 68 %，CO 0. 08%，COZ 1.00%;热值27.17一29.26 MJ/m3;掺烧量1 000- 7 000 m3/ho 从以上数据可以看出，瓦斯气的热值只相当于 天然气的75%左右，在维持一段转化炉热负荷不变 的情况下，若以瓦斯气替代天然气，每1. 32 m，瓦斯 气才能替代1.0 m，天然气，掺烧的比例越大，瓦斯 气所占的体积就越大，大量的掺烧瓦斯气对一段转 化炉的影响集中在两点:一是造成燃料气管线压力 明显升高，二是造成一段炉辐射段与对流段的热负 荷失调。 瓦斯气相对于天然气而言，组分复杂，高碳烃含 量明显高于天然气，同时瓦斯气各组分含量的变化也 较大，其热值自然也随之变化。就提供热量的稳定性 而言，瓦斯气也就不如天然气了。加之由于其含重组 分较多，要作充分燃烧时所需要的氧气与时间均会比 天然气要多。因此，在同样燃料气压力、氧气充裕的 条件下完全燃烧，瓦斯气在烧嘴口所形成的火焰要比 天然气形成的火焰长。对于同样体积高度的辐射段 而言，瓦斯气比天然气更容易使热量上移。另外由于 热值的差异，以瓦斯气替代天然气时，掺烧比例越大 所需的瓦斯气量也越大，对于始终保持不变的烧嘴头 仁作者简介」黄智(1969一)，大学，工程师，电话0991一6903377，电 邮daiglws@ petrochina. com. cno 增刊 黄智等.瓦斯掺烧量对一段转化炉的影响 燃气流通面积而言，直接造成了燃料气管线压力的升 高，使通过烧嘴喷孔燃气的流通速度加快，造成火焰 比原来伸长，导致一段炉工艺气出口温度明显下降， 而炉膛拱顶温度TI一241/2,42及TI一280A/B/C及 易超温，在大量掺烧瓦斯气的条件下，拱顶后燃现象 发生的可能性大大增加。这对SSH2盘管的运行安 全构成极大的威胁，到目前为止，SSH2盘管已更换过 两次，从其损坏的情况来看，主要是温度过高所造成 的蠕化变形。其次，过高的拱顶温度对混合原料气盘 管的运行安全也构成威胁。 由于大量掺烧瓦斯气造成一段转化炉出口温度 明显降低，导致二段炉要加人更多的空气，致使净化 燃料废气中的甲烷含量减少，热值降低，直接对一段 炉的热效率造成影响。因此必须合理掺烧瓦斯气， 以确保一段转化炉能够长周期、安全运行。从近些 年掺烧瓦斯气的情况来看，当掺烧量超过4 000 m3/h 以后，由于燃气背压的不断升高，一段炉的热负荷变 化较大，TI一280A/B/C温度高于TI一241/242的 频率明显增多，说明开始有拱顶后燃迹象出现，而拱 顶温度的控制难度也开始增大，经常会出现短暂的 超温现象。受拱顶控制温度的限制，一段炉出口温 度提不起来，整体热负荷开始明显上移。 表2 100%负荷下不同瓦斯气掺烧量时一段炉参数 ? ??? ??? ??? ? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ?????? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? 流量/(m3·h一1) 2000 30(X) 5000 6 7000?? ?? ?? ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ?、 ? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? TI一112/℃ PC一175/kPa n 一241/℃ n 一242/℃ TI一280A/`C TI一280B/`C TI一280C/℃ TI一280/`C TI一248/℃ TC一105/`C TI一106/℃ 50455H ? ? ?? ?? ? ? ?、 ? ? ?? ? ?? ?? ??? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? 在一段炉掺烧瓦斯气的过程中，当出现瓦斯气 频繁带液现象时，对一段炉的运行安全可构成较大 威胁。瓦斯气系统若不及时排液，残液将随瓦斯气 进人炉膛，造成烧嘴熄火，导致一段炉热负荷大幅下 降，甚至造成全系统停车。此外，由于瓦斯气残液温 度较低，若喷溅到处于高温条件下的烧嘴、炉砖上， 会产生冷激，造成烧嘴损坏，炉砖爆裂，从而导致烧 嘴火焰形状改变，将严重威胁转化管的运行安全。 以2004年4月至5月出现的带液现象为例:自4月 13日至4月30日共带液9次，每次约200 kg; 5月 带液现象更加严重，截至到5月28日共带液19次， 平均每36 h排液1次，每次约200 kg。除此之外，一 直以来对瓦斯气残液的排放只能在现场就地进行， 由于带液频繁，造成工作量较大，一段炉热负荷频繁 波动。更主要的是，排放点位于装置区管廊中心，排 放过程中逸出的瓦斯气体及H2S容易在排放点周 围富集，形成可燃易爆混合气，使发生闪爆和造成操 作人员中毒的几率大大增加。因此必须对瓦斯气系 统进行改造，如果在炼厂输气管线出口较空旷处增 加一台气液分离罐，并设计残液回收系统，则会大大 降低上述危险因素。 另外，炼厂供给的瓦斯气S含量经常波动，正 常时一般可控制在小于等于30 ML/M3(操作要求 控制在小于等于700 ML/M3)，但在波动时可上涨 10倍以上，如2004年5月4日达到了354.9 mL/m3 瓦斯气中S含量的大幅上涨，大大增加了S腐蚀的 可能性，尤其是在装置开车或低负荷运行期间，由 于一段炉热负荷及P-14泵出口锅炉给水温度较 低，瓦斯气中的HZ S在燃烧过程中被氧化成S02 和S03，在锅炉给水预热盘管人口处极可能产生低 温露点腐蚀现象。而在工况正常时由于没有S在 线监测仪，只靠手动分析无法及时捕捉到S含量大 幅波动时的准确信息，从而无法在可能发生S腐蚀 的情况下及时采取有效的抢救，对一段炉的运 行安全极为不利。因此应该尽早在瓦斯气管线上 增加在线S监测仪表。同时要求在装置开车期间 不掺烧瓦斯气，在一段炉正常掺烧瓦斯气运行期 间，由炼油厂供给的瓦斯气中应能够确保S含量稳 定、不超标。 (编辑 安 静)