45万吨合成氨一段转化炉辐射段、过渡段保温衬里更换总结

孙中华 陈 波

(四川泸天化股份公司，四川泸州, 646300)

1 概述

一段炉是合成氨装置中的关键设备之一，用以将天然气和蒸汽在催化剂的作用下进行转化反应，以制备合成氨生产中所需的氢气，某公司合成车间新系统合成氨装置一段炉的炉型为顶部烧咀型，外部成方箱形炉体，炉膛内有9排转化管，每排42根，一共378根；炉顶烧咀10排，每排16个，一共160个；烧咀火焰垂直平行转化管，燃烧天然气和普里森系统的非渗透气，产生的热量以辐射热传递给转化管。

一段转化炉辐射段和过渡段保温衬里于2007年大修更换，采用的保温材料为传统叠砌复合衬里和陶瓷纤维毯，由于其使用时间都较长，随着使用时间的增加，一段炉膛辐射段保温耐火衬里损坏也在加剧，虽然每年大修都在不断地修复，但是简单地处理解决不了根本问题，由于炉墙体保温裂缝和部分膨胀缝的损坏，辐射段炉墙温度偏高，特别是上部炉墙板靠近烧咀的燃烧区，炉墙板的温度较高；根据测量数据显示，辐射段炉墙温度一般在70—135℃；尤其是在窥孔周围，局部温度高达160℃；炉墙东面和西面由于长时间高温气流冲蚀，西南面炉墙出现保温泡沫化分层现象，同时外壁炉墙温度也较高，东面炉墙上部粉化严重，炉墙表面出现保温剥蚀；南面炉墙部分出现内部变色的情况；生产运行中转化管和上升管壁上面附着较多的保温纤维，可能影响转化管传热；粉化的保温材料可能随着烟气带入对流段附着于盘管上面，盘管换热能力下降，烟气温度上升，增大了热量损失[1]。

2014年1月大修更换101-B竖琴管时，整体更换一段炉辐射段炉顶保温衬里；生产运行中炉顶保温折叠块出现松动现象，折叠块高低不平，折叠块之间出现一定间隙，偶尔转化管纤维毯出现脱落现象，每年大修中都要对炉顶进行局部修复，但效果不明显，通过数据测量，炉顶温度高达170—210℃，给生产中巡检和调整顶烧带来不便。为保证更换前后进行数据对比，车间在一段炉外壁确定了测量点，并用黑色的油漆喷涂好测量点，在更换前对101-B壁面温度数据进行测量，2020年10月26日101-B炉墙温度测量数据如下：

(1)辐射段炉墙表面平均温度(东、西、北面)如表1。

表1 101-B辐射段炉墙表面温度(东、西、北面)测量记录(磁性温度计)

(2)辐射段炉墙表面平均温度(南面)温度如表2。

表2 101-B辐射段炉墙表面温度(南面)测量记录(磁性温度计)

(3)过渡段表面平均温度(顶部、侧墙)如表3。

表3 101-B过渡段表面温度(顶部、侧墙)测量记录(磁性温度计)

2 衬里更换方案

2020年底大修中更换了一段转化炉辐射段炉顶、炉墙、看火孔，辐射段炉顶：东西向净空16.20m、南北向13.00m，更换厚度为180mm；辐射段炉墙：东西向净空16.20m、南北向13.00m，高约8.80mm，为烟道顶到炉顶部分，更换厚度为250mm；其中炉墙北面有20个看火孔、南面有10个看火孔，采用真空成型高铝陶瓷纤维。过渡段顶为梯形：北面长16.20m、南面长14.60m，南北宽2.75m，更换厚度为200mm；过渡段侧墙：长2.9m、高1.5m，更换厚度为250mm，与对流段炉墙连接。

2.1 一段转化炉辐射段炉顶、炉墙需要更换的耐火纤维衬里材料

2.1.1 炉顶衬里材料

炉顶部位采用叠砌复合衬里，总厚度180mm，衬里从冷面到热面依次为：炉顶钢板焊钉后表面涂刷防露点腐蚀涂料，-20mm；1260级陶瓷纤维毯(25mm压缩)，-0.1mm；阻气铝箔，-160mm；28级威盾整体模块，模块配套锚固钉材质为06Cr25Ni20。(注：炉顶尺寸：东西向净空16.20m、南北向13.00m。)

2.1.2 炉墙衬里材料

炉墙部位采用叠砌复合衬里，总厚度250mm，衬里从冷面到热面依次为：炉墙钢板焊钉后表面涂刷防露点腐蚀涂料，-25mm；1260级陶瓷纤维毯(30mm压缩)，-0.1mm；阻气铝箔，-25mm；1260级陶瓷纤维毯(30mm压缩)，-200mm；26级威盾整体模块，模块配套锚固钉材质为06Cr25Ni20。(注：四面炉墙尺寸：东西向净空16.20m、南北向13.00m，高约8.80m。)

2.1.3 一段转化炉过渡段炉顶、炉墙需要更换的耐火纤维衬里材料

炉顶、炉墙均采用下列衬里材料：炉顶、炉墙部位采用叠砌复合衬里，总厚度均为200mm，衬里从冷面到热面依次为：炉顶、炉墙钢板焊钉后表面涂刷防露点腐蚀涂料，-25mm；1260级陶瓷纤维毯(30mm压缩)，-0.1mm；阻气铝箔，-25mm；1260级陶瓷纤维毯(30mm压缩)，-150mm；26级威盾整体模块，模块配套锚固钉材质为06Cr25Ni20。(注：过渡段顶，为梯形：北面长16.20m、南面长14.60m，南北宽2.75m。过渡段侧墙：长2.9m，高1.5m，与对流段炉墙连接。)

3 保温衬里更换后运行数据对比

装置开车正常平稳运行一个月后(负荷达到95%以上)，车间对辐射段、过渡段炉体外壁温度进行考核，考核条件为：在辐射段、过渡段热面温度：≯1150℃，当地气象温度：18—22℃，风速：0m/s(不超过一级)的设计条件下，达到以下保证值，如表4。

表4 辐射段炉墙、过渡段炉墙表面温度性能考核数据表

3.1 考核情况

装置自2021年2月15日开车后已平稳运行1个月，经生产管理部、设备管理部组织于2021年3月17上午8:30-10:30，气温18-19℃，天气晴、微风，装置系统负荷97%，具备101-B辐射段、过渡段炉墙表面温度测试条件，现场通过磁性温度计及红外温度计测试记录如下：

3.1.1 辐射段炉墙表面平均温度(东、西、北面)

辐射段炉墙表面平均温度(东、西、北面)如表5。

表5 101-B辐射段炉墙表面温度(东、西、北面)测量记录(磁性温度计)

3.1.2 辐射段炉墙表面平均温度(南面)温度

辐射段炉墙表面平均温度(南面)温度如表6。

表6 101-B辐射段炉墙表面温度(南面)测量记录(磁性温度计)

3.1.3 过渡段表面平均温度(顶部、侧墙)

过渡段表面平均温度(顶部、侧墙)如表7。

表7 101-B过渡段表面温度(顶部、侧墙)测量记录(磁性温度计)

3.2 保温衬里更换前后测量温度对比情况

系统大修开车正常1个月，环境温度符合考核要求的18-22℃，负荷达到95%以上，满足考核条件，考核结果为：

(1)东西北炉墙外壁30点平均温度为≤76℃。

(2)南面炉墙外壁5点平均温度为≤84℃。

(3)过渡段顶10点、侧外壁各2点，合计14点平均温度为≤63℃。比较技术附件，均满足要求。

保温衬里更换前后对比数据如表8。

表8 辐射段、过渡段炉墙表面温度更换前后对比数据

3.3 节能分析

对比2020年10月26日测温：

(1)东西北炉墙外壁30点平均温度差为：118-76=42℃。

(2)南面炉墙外壁5点平均温度差为124-84=40℃。

(3)过渡段顶10点、侧外壁各2点，合计14点平均温度差为102-63=39℃。

平均温差为40℃，明显提高了炉墙保温能力。

辐射段、过渡段炉墙节能计算数据如表9。

表9 辐射段、过渡段炉墙节能计算数据

4 结语

装置开车后，转化炉整体运转情况良好，根据前期考核方案，现场通过磁性温度计测试，东西北炉墙外壁30点平均温度为≤76℃；南面炉墙外壁5点平均温度为≤84℃；过渡段顶10点、侧外壁各2点，合计14点平均温度为≤63℃；更换后明显提高了炉墙保温能力[2]。根据2009年12月8日《中国环境报》报道的数据，在节能方面：外壁温度每降低1℃，每年每平方节能折合天然气18立方，折合电110度，折合煤13kg；在减排方面：每节约1度电=每年每平方减排二氧化碳0.997kg，可以在运行中减少运行热量损失，达到节能降碳的目的。