天然气净化厂酸气焚烧炉失效分析及运维探讨

李春亮等

摘 要：长庆靖边气田天然气净化厂酸气焚烧炉内部耐火层出现裂缝，有烧损、脱落等现象，保温层抓钉被高温氧化损坏严重。运行中炉体表面温度最高达到130℃，有超温现象，炉膛耐火层大面积脱落。本文就此现象进行分析讨论，并提出修缮维护使用建议，以更好的指导生产实践。

关键词：耐火层；脱落失效；修缮维护

1.概况

酸气焚烧炉用于将天然气净化脱硫装置脱除的酸气中的H2S焚烧氧化成SO2后排放。长庆靖边气田天然气净化厂酸气焚烧炉设计处理酸气量7571m3/h，燃料气量196.71m3/h，正常生产控制炉头、炉膛温度550～650℃，烟道温度450-550℃。硫磺回收装置投产后，酸气焚烧炉主要处理硫磺回收尾气，经过多年运行使用，炉膛内部耐火层周围出现裂缝、耐火层烧损、脱落等现象逐年增多，尤其是近年来运行中炉体表面温度最高可达130℃，存在超温现象，检修时发现炉膛内酸气进口部位周围耐火层大面积脱落，保温层抓钉被高温氧化损坏严重，影响尾气焚烧质量。

2.酸气焚烧炉耐火层损坏现状

（1）内部耐火层多处出现裂缝，裂缝宽度达3mm，长度最长可达60mm，裂缝周围部分耐火层有烧损、脱落现象，裂缝深至保温层。

（2）燃料气进口火嘴耐火层烧损、脱落、损坏情况比较严重，火嘴处散落有大量耐火层材料物质。

3.酸气焚烧炉失效原因分析

3.1 耐火层材料失效

焚烧炉运行时炉膛内酸气量多、流速高、温度变化频繁，易造成循环热冲击，气流中存在大量高速运动的高温固体物料，需要用耐火材料进行保护炉膛受热面，防止受热面磨损泄漏。耐火材料失效有三个方面原因：耐火材料剥落、耐火材料冲刷磨损、耐火材料化学侵蚀。

3.1.1 耐火材料剥落：分为热剥落和结构剥落。热剥落是指由于热冲击或机械应力引起的材料损失。热冲击会导致耐火材料衬里的大裂缝和剥落，而温度快速变化造成的热冲击（如启停炉操作不当）可使耐火材料内的应力超过抗拉强度而剥落。结构剥落是指材料经过长期使用，组成和内部晶相结构发生变化，即使在小的温差应力下就能使其表面变质层剥落。

3.1.2耐火材料磨损：炉内流体或固体颗粒以一定的速度和角度对材料表面进行冲击所造成的磨损。

3.1.3耐火材料化学侵蚀：酸气中有害杂质如硫、氮等在燃烧时产生二氧化硫、氮氧化合物等酸气对耐火防磨材料产生化学侵蚀以及因碱金属渗透造成的耐火材料渐衰失效，渗碳造成耐火材料变质破坏、抓固钉失效造成的耐火材料层脱落等。

3.2 耐火层材料损坏

3.2.1耐磨材料成分配比不符合要求。配比不合适会使耐磨材料稳定性变差，表面硬度减弱，粘结力降低，导致耐磨材料极易磨损和脱落。

3.2.2浇注料施工工艺不良。施工时预留的膨胀缝不符合要求或膨胀缝设计存在问题等，因而在运行中极易出现耐磨材料大片脱落。

3.2.3设计结构不合理。如抓钉、拉砖钩数量较少，施工浇注前没有按要求对抓钉涂以沥青，往往会造成耐磨料大面积脱落。

3.2.4没有严格执行烘炉曲线，对烘炉过程缺乏有效监督，使浇注料强度达不到或者发生裂纹，造成运行中窜火发生脱落。

3.2.5运行操作不当。降温、升温时温升较大，造成耐磨材料受热不均匀而产生裂纹甚至脱落。

3.2.6腐蚀性介质的存在。酸气在燃烧时产生SO2、等酸性气体对耐火防磨材料产生化学侵蚀以及因碱金属渗透，造成耐火耐磨材料损坏。

4.耐火层材料失效防范措施

4.1 合理优化材料选择

科学合理选用耐火耐磨材料，是保证焚烧炉长周期平稳运行的基础。根据使用情况选择耐火材料，焚烧炉内各部件部位所处的环境不同，受热冲击、温度循环变化或冲刷的程度也不一样，不同的区域可选用不同性能的耐火材料。如风门处选用保温混凝土，主要成分蛭石或轻质骨料等，燃烧室下部选用高铝质或刚玉质浇注料；燃烧室出口选用高铝质材料即可；炉膛内宜选用高铝质砖或刚玉砖，也可选用高铝—刚玉复合材料砖；烟道内选用高铝质材料即可。

4.2 施工工艺要求

采用严格浇注料施工工艺：① 所有金属与浇注料接触面均应涂以沥青或缠上陶瓷纤维纸；② 拉钩砖的拉钩槽间隙全部用灰浆填满；③ 砌砖过程中，应保证所有砖相错布置；④ 在靠近止推板从下至上所有耐磨耐火砖均应具有拉钩，所有支撑托板上下一层砖均为长形耐磨耐火砖并配合出膨胀缝，以形成一个砖砌炉墙的稳定体系；⑤ 不同位置采用不同性能的耐磨耐火浇注料，施工时每个区域所用浇注料的性能不能低于该区规定的要求；⑥ 浇注料施工时一定要捣实；⑦ 膨胀缝预留符合要求。

4.3 严格按操作规程操作

加强烘爐全程监督，严格执行耐火材料厂家制定的烘炉曲线。烘炉前最好让浇注料自然风干15天后，再开始烘炉，烘炉前必须在钢制外壳上割排气口。

4.4 日常运行中的管理

加强运行管理，严格执行焚烧炉升温曲线，在焚烧炉冷态启动时，严禁快速升温，杜绝野蛮检修进行强制降温，防止浇注料温速过快，发生大面积脱落。

4.5 避免超负荷运行

严格按照酸气焚烧炉操作规程操作，避免超温，超压超负荷运行。

5.焚烧炉修缮维护使用建议

5.1 加强焚烧炉运行管理，延长耐火衬里使用寿命。焚烧炉的运行管理是延长其耐火衬里使用寿命的关键，焚烧炉温度和负荷的剧烈变化，是影响其耐火衬里使用寿命的主要因素。在焚烧炉日常运行过程中，应尽可能保证炉膛内温度均匀分布，避免因局部温度过高或温度变化太大造成衬里损坏。

5.2 根据焚烧炉实际工况，选用设计更加科学符合实际工况的火嘴，对炉膛内的燃烧重新进行组织，延长衬里使用寿命。

5.3 在日常生产中，尽量保证进焚烧炉酸气量稳定，当硫磺回收、脱硫装置出现异常可能导致酸气量组成发生变化时，及时调整焚烧炉操作，避免炉温大幅波动。在焚烧炉开停车过程中，严格按照升、降温曲线，避免炉温变化太快对衬里造成损伤。同时，尽量避免焚烧炉非计划停车，减少因非计划停车造成炉温急剧下降对衬里的损伤。

作者简介：

李春亮，34岁，男，汉族，大专毕业，现就职于长庆油田分公司第一采气厂第一净化厂，从事天然气净化技术与工艺管理工作，天然气净化技师。