楊寶軍　曹鎮(zhèn)?！●R明娟

摘要：針對水煤漿氣化工藝下游的變換爐卸料口短接管與加強(qiáng)管之間焊接處易出現(xiàn)裂紋的問題，本方法通過分析其裂紋產(chǎn)生的原因，并針對該原因?qū)ψ儞Q爐的卸料口結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改造，能夠有效的解決卸料口短接管與加強(qiáng)管之間的焊接處裂紋問題，消除設(shè)備運行的安全隱患。

關(guān)鍵詞：變換爐;卸料口;裂紋;優(yōu)化改造

前言：鄂爾多斯市某煤制甲醇項目為國內(nèi)先進(jìn)工藝水平的煤制甲醇項目，其中變化爐設(shè)備為煤制甲醇工藝流程中調(diào)節(jié)水煤氣氫碳比的重要設(shè)備，對整個工藝生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定運行起著重要作用。

變換爐設(shè)備的生產(chǎn)廠家為中國石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司化工機(jī)械廠，該變換爐自2015年8月份投料運行以來，一直運行穩(wěn)定，各項指標(biāo)均能滿足生產(chǎn)要求。2018年7月份發(fā)現(xiàn)變換爐卸料口損壞，2018年10月份對卸料口進(jìn)行優(yōu)化改造，優(yōu)化改造后運行至今設(shè)備運行狀況處于良好狀態(tài)。

1 變換爐的結(jié)構(gòu)特點及使用工況

我公司的變換爐結(jié)構(gòu)為立式圓筒型結(jié)構(gòu)。變換爐容積為100.1M3，內(nèi)徑為3600mm，高度為14250mm，殼體厚度為122+6mm，封頭厚度為75+6mm，殼體重量為139250kg，充重重量為239350kg;殼體和封頭材質(zhì)為SA387Gr.11CL2+S.S材料，與設(shè)備相連接的接管、法蘭采用SA182F11CL.2+S.S和S32168IV級鍛件，所有接管均采用嵌入式整體補強(qiáng)結(jié)構(gòu);考慮介質(zhì)的腐蝕性，在設(shè)備內(nèi)壁堆焊為6mm厚的321材質(zhì)的不銹鋼耐腐蝕層。

變換爐筒體內(nèi)設(shè)置2層催化劑觸媒床層，上層催化劑的裝填高度為1900mm，上層催化劑頂部和底部各裝填有200mm高度的Ф25mm的耐火瓷球;下層催化劑的裝填高度為2720mm，下層催化劑頂部和底部也各裝填有200mm高度的Ф25mm的耐火瓷球;變換爐鍋底全部裝填Ф50mm的耐火瓷球。

變換爐底部和中部各設(shè)置有一個卸料口，以方便在更換內(nèi)部催化劑及氧化鋁瓷球作業(yè)時，可以打開卸料口的盲法蘭蓋，進(jìn)行可控制的連續(xù)的卸料作業(yè)。

變換爐內(nèi)的介質(zhì)特性：變換爐內(nèi)介質(zhì)為四噴嘴水煤漿氣化工段產(chǎn)出的水煤氣，經(jīng)變換反應(yīng)后轉(zhuǎn)化為甲醇合成工藝用變換氣，其特性為高溫高壓、易燃易爆，介質(zhì)毒性為中度，設(shè)備運行工況較為苛刻。

變換爐的工作原理：我公司變換爐采用傳統(tǒng)的、成熟的軸向變換工藝，CO的變換率高，變換爐的進(jìn)出口阻力降穩(wěn)定，壓力損失小，對生產(chǎn)系統(tǒng)的影響小，有利于長周期穩(wěn)定運行。變換爐工作時，至自上游工段過來的水煤氣預(yù)熱后經(jīng)變換爐頂部入口進(jìn)入上層催化劑進(jìn)行變換反應(yīng)，反應(yīng)后的工藝氣體穿過上層催化劑后繼續(xù)進(jìn)入下層催化劑進(jìn)行變換反應(yīng)，反應(yīng)后的工藝氣體最終經(jīng)由變換爐底部的集氣口匯總后送出，工藝介質(zhì)中的H20和CO在催化劑及熱量的作用下，最終轉(zhuǎn)變成為H2和CO2，同時釋放出大量的熱量，少部分熱量保留在變換爐內(nèi)以維持催化劑床層溫度恒定并做為變換反應(yīng)的熱源，大部分熱量隨反應(yīng)后的工藝氣移出變換爐，做為變換爐入口水煤氣的預(yù)熱熱源，多余的熱量進(jìn)入余熱回收工段，回收反應(yīng)余熱，副產(chǎn)0.5MPa、1.0MPa、2.0MPa三種壓力等級的飽和蒸汽。

2 卸料口存在的問題

2018年7月份，在變換爐正常運行使用過程中，發(fā)現(xiàn)變換爐下部卸料口根部有可燃?xì)怏w及水蒸汽泄漏，經(jīng)停車檢查確認(rèn)，泄漏部位為變換爐下部卸料口，進(jìn)一步檢查結(jié)果如下：

（1）環(huán)向?qū)咏宇^整圈（斷續(xù)）存在超標(biāo)缺陷，深度（距外表面）范圍3.2mm～17.4mm。

（2）距焊縫約30mm范圍母材存在10處超標(biāo)缺陷，深度（距外表面）范圍3.1mm～17.4mm，且缺陷大多呈橫向（或斜向）特征。

（3）缺陷附近可能有數(shù)條缺陷（分叉或網(wǎng)狀），為方便標(biāo)識，將反射信號超過判廢線作為記數(shù)原則，共計10處超標(biāo)缺陷。

根據(jù)檢測結(jié)果，我公司在經(jīng)過相關(guān)質(zhì)檢部門的許可后對卸料口進(jìn)行了初步的修復(fù)工作，維修后的卸料口運行至2018年10月份，在此期間未發(fā)生泄漏情況。

2018年10月份，我公司在生產(chǎn)系統(tǒng)停車檢修期間計劃對變換爐卸料口泄漏問題進(jìn)行徹底的解決，通過對卸料口的短接管與加強(qiáng)管之間的焊縫切割發(fā)現(xiàn)，上次維修后經(jīng)過3個月的運行使用，卸料口部位再次出現(xiàn)裂紋缺陷。

根據(jù)變換爐的使用情況分析，我公司變換爐卸料口產(chǎn)生裂紋的主要原因如下：

（1）異種鋼焊接。卸料口加強(qiáng)管（材質(zhì)SA182F11CL.2+S.S）與卸料口短接管（材質(zhì)0Cr18Ni10Ti）之間的焊接為異種鋼焊接，異種鋼焊接本身的強(qiáng)度較同種鋼焊接強(qiáng)度低。

（2）設(shè)計缺陷。由于變換爐卸料口管線總長度約1600mm，且位于變換爐裙座外部，卸料口位置的介質(zhì)長期處于無流動狀態(tài)，形成死區(qū)，變換爐水煤氣中的水蒸氣在卸料口底端很容易冷凝，水煤氣中的H2S、CO2等介質(zhì)在液態(tài)水中不斷地溶解形成飽和溶液，并呈現(xiàn)酸性環(huán)境，在合適的溫度條件下易造成設(shè)備腐蝕。

（3）露點腐蝕。經(jīng)檢修發(fā)現(xiàn)卸料口損壞部位的腐蝕以穿透性的裂紋為主，而此部位的溫度也長年維持在較低的溫度狀態(tài)下，有利于露點腐蝕情況的發(fā)生。

3 卸料口優(yōu)化改造方法

基于以上對變換爐卸料口損壞情況的原因分析，通過常規(guī)的方法對卸料口進(jìn)行維修后，設(shè)備可能會再次出現(xiàn)損壞的情況，為徹底解決該問題，必須通過改善卸料口的運行使用環(huán)境，才能從根本上解決該問題。

根據(jù)以上思路，我公司對變換爐卸料口采取了以下兩歩方法進(jìn)行維修改造：

（1）對原有的卸料口加強(qiáng)管與短接管的異種鋼焊接處裂紋進(jìn)行修復(fù)處理，恢復(fù)原有的卸料口結(jié)構(gòu)。

（2）加工制作一合適材質(zhì)和尺寸的堵頭，從變換爐鍋底的卸料口加強(qiáng)管開孔處進(jìn)行堵塞焊接，徹底隔離卸料口與變換爐之間的連接通道，消除運行死區(qū)。

4 優(yōu)化改造效果

改造前，卸料口的作用在于對催化劑進(jìn)行卸料作業(yè)，據(jù)工藝要求，催化劑每3～4年需更換一次。卸料口改造后在保障不影響催化劑卸料的情況下取消了該卸料口的卸料作用，同時也消除了卸料口在運行過程中存在的死區(qū)以及介質(zhì)冷凝后對異種鋼焊接腐蝕等一系列缺陷，改善了卸料口的運行使用環(huán)境，保障了設(shè)備可以長周期安全穩(wěn)定運行，從根本上解決了卸料口損壞的問題。

同時，從安全角度來出發(fā)，改造后的變換爐從2018年10月份運行至今已接近兩年時間，經(jīng)過運行觀察，卸料口未發(fā)生泄漏情況，卸料口泄漏問題已經(jīng)得到徹底解決，設(shè)備的安全運行隱患得到消除。從工藝使用角度出發(fā)，卸料口改造后，對變換爐的工藝運行參數(shù)也無任何影響。從成本效益角度出發(fā)，通過對卸料口的改造維修，節(jié)省了卸料口頻繁出現(xiàn)損壞后的設(shè)備維修成本，同時也減少了因卸料口問題造成的生產(chǎn)系統(tǒng)開停車損失等，直接降低了公司的生產(chǎn)成本費用。

5 結(jié)束語

通過對比同行業(yè)該類型變換爐設(shè)備的使用情況來看，卸料口問題屬于比較常見的一類設(shè)備故障，針對該問題，本文提出以下幾點改進(jìn)意見供參考：

（1）變換爐在設(shè)計選型上可以考慮增加卸料口的伴熱措施，保障設(shè)備在運行過程中卸料口和設(shè)備本體始終處于同一溫度狀態(tài)下，避免死區(qū)介質(zhì)冷凝后腐蝕卸料口。

（2）取消現(xiàn)有的常規(guī)卸料口設(shè)計，采用更加環(huán)保有效的抽真空卸料措施。

（3）采用更加新型高效的變換反應(yīng)器，如軸徑向變換反應(yīng)器，該變換反應(yīng)器具有雙層結(jié)構(gòu)，催化劑盛裝在反應(yīng)器內(nèi)部的觸媒框內(nèi)，催化劑床層在操作過程中可以做到無溫差運行，催化劑卸料口直接與反應(yīng)器內(nèi)部的觸媒框相連接，卸料口焊接部位始終處于反應(yīng)介質(zhì)的包圍中，不存在死區(qū)情況，設(shè)備整體使用壽命將大大延長。

參考文獻(xiàn)：

[1]李劍暉，劉強(qiáng)，劉柱元，沈超.變換爐卸料口接管焊縫裂紋產(chǎn)生的原因及處理。