气化炉低负荷运行安全操作的分析和总结

郭永伟，王 伟，王志玲

（中海石油内蒙古天野化工集团，内蒙古呼和浩特 010070）

中海石油内蒙古天野化工（集团）股份有限公司（以下简称天野化工）是以天然气为原料生产甲醇和尿素产品。随着冬季供暖以天然气为能源用量的增加，天然气出现供不应求的局面，严重影响以天然气为原料的化工装置正常负荷的生产运行。2010年12月，由于天然气供应紧张，导致天野化工甲醇装置和化肥装置一直处于低负荷运行，12月中旬开始，化肥装置气化炉一直在40%的低负荷下运行，运行时间持续达40d以上，因此对于气化炉的安全运行提出新的挑战。

1 气化炉正常负荷与低负荷运行的工艺对比分析

1.1 气化炉正常负荷运行介绍

气化造气系统由两台气化炉、两台废热锅炉（副产10.0MPa饱和蒸汽）、激冷洗涤、洗涤塔降温等组成，气化炉为两台并联运行，没有备用。气化炉三物料（氧气、天然气、蒸汽）送入气化炉进行部分氧化反应，产出有效气（CO＋H2）含量为96%的合成氨原料气。三物料通过气化炉烧嘴的不同环隙进入气化炉，部分氧化反应生成原料气，高温原料气通过热量回收和洗涤降温后，温度为45℃的原料气送到后序工段进行合成氨的生产。表1为气化炉正常负荷运行参数（100%负荷）。

表1 气化炉正常负荷运行参数

1.2 气化炉低负荷运行介绍

2010年冬季由于受天然气供应不足的影响，天野化工化肥装置气化炉被迫减负荷至40%的低负荷运行。由于这套气化炉在设计时给出的最低运行负荷为70%，所以之前没有低于70%负荷运行的数据可以参考，这给工艺操作带来了很大的困难。在低负荷运行实施之前，化肥系统组织相关技术人员，经过多次的讨论和评估，编制出操作的应急预案；由工艺技术人员亲自指挥操作减负荷，实施减负荷至40%的低负荷运行，随时观察气化炉运行状况，经过24h的监护运行，气化炉整体没有出现超温现象，有效气含量在指标范围之内，说明实施低负荷运行是可行的。对应急预案进行修改和完善，下发到操作岗位执行，其中包括摘除三物料低联锁6个，气化炉每小时测温一次，天然气流量阀打手动控制，操作人员发现气化炉异常有先停车后汇报的特权，技术监督每日进行一次气化炉评估并随时修改操作预案。通过此次气化炉低负荷运行，掌握了一定的参考数据，为以后的气化炉运行提供了技术支持。表2为气化炉低负荷运行参数（40%负荷）。

表2 气化炉低负荷运行参数

1.3 气化炉在40%低负荷运行时的差异分析

（1）气化炉在低负荷运行时，气化炉炉膛整体温度下降140℃左右，这是由于气化炉的热量损失并不随生产负荷的降低而变化导致的。所以在氧与天然气比不变的情况下，降低生产负荷气化炉温度也随着降低。

（2）气化炉在低负荷运行时，气化炉拱顶温度没有上涨，反而有所下降。理论上，随着气化炉负荷的降低，由于烧嘴火焰反应区的上移，拱顶温度将上涨，但事实相反，初步分析为负荷较低时，在反应区产生热量的减少，抵消了反应区温度上移的热量，从而使温度未上涨。这也是气化炉低负荷运行所担心的，防止气化炉超温的最重要问题之一。

（3）不同负荷对气化炉烧嘴的影响不一样，低负荷运行是对烧嘴最不利的，设计时气化炉最低负荷为70%也是考虑到这一点。气化炉正常满负荷运行时烧嘴冷却水回水温度为50℃，当气化炉在40%负荷时，烧嘴冷却水回水温度降为35℃，此数据表明气化炉在低负荷运行时烧嘴环隙处的温度也是下降了的。两台气化炉低负荷运行40d以上，烧嘴没有发生泄漏，但这也不能说明低负荷对烧嘴的影响减小，还需要更多的实际数据分析和理论支持。

（4）气化炉在低负荷运行时，增加进入烧嘴屏蔽环隙的保护蒸汽用量，由正常的1.5t／h增加到2.0t／h，这是为了保护气化炉拱顶炉砖，防止拱顶超温。

（5）气化炉低负荷下运行，原料气甲烷含量控制在0.3%（体积分率）时，有效气（CO＋H2）含量在95.5%（体积分率）以上，基本保持不变，能够满足后序工段生产的要求。

（6）气化炉低负荷下运行，较正常负荷时工艺操作难度增加。由于三物料流量自动调节阀的开度变小，造成阀门操作弹性变小，致使三物料部分阀门不能投自动，以防止阀门调节过程中，突然关闭，部分物料丧失，发生气化炉超温等危险，只能改为手动操作，每次只能调整0.1%的阀位开关操作，使操作人员的工作量大幅增加，并且增加了安全运行风险。

2 气化炉低负荷运行的安全注意事项

2.1 气化炉部分物料低联锁摘除

由于气化炉低负荷运行时，氧气、天然气物料参数低于设计的安全联锁值，所以只能将物料低联锁摘除，这样给气化炉安全运行带来了非常大的隐患，必须制定相应的气化炉低负荷操作预案，由专人进行监护、落实和执行，切实保证气化炉的安全运行。

2.2 气化炉特护

低负荷运行时，对气化炉要进行必要的特护工作，中控操作有专门的DCS监控画面，专人负责监控三物料的参数，如压力、温度、流量及气化炉温度变化情况。现场操作人员每小时对气化炉进行认真巡检，加强各温度点的现场测温和烧嘴冷却水可燃气的检测工作，发现异常情况立即打闸停车、泄压和氮气置换处理，确保气化炉的安全。

2.3 气化炉日评估

专业技术人员每天对气化炉低负荷运行的数据进行整理、对比和分析，根据气化炉的运行状况及参数变化情况进行评估，并制定出安全、合理的操作预案和指令，指导操作人员进行气化炉的安全操作。

2.4 气化炉开停车

气化炉开停车严格执行确认单并签字，安排至少2人以上对气化炉专人监护开停车，监护炉温、流量、压力参数，升降压、升降温速率；防止阀门开度小，物料指示假，发生气化炉超温、超压等严重事故。在开停车过程中，技术监督要监护岗位人员进行操作，随时把控气化炉的运行安全，降低气化炉开停车的风险。

3 结 语

2010年年底，天野化工化肥装置两台气化炉低负荷（40%负荷）累计运行40d，采取可行、可控、有效的操作手段对气化炉进行维护运行，没有发生超温、超压等安全问题，达到了安全运行的目的。但是，气化炉低负荷运行有很大的安全风险，必须采取必要的安全防护措施，操作人员必须熟练掌握操作技能和预案，迅速反应，快速处置，否则会产生非常严重的后果。改变原料结构，时刻满足气化炉安全运行的正常负荷，才是气化炉安全稳定运行的关键，解决问题的最根本办法。