天然氣凈化廠酸氣焚燒爐失效分析及運(yùn)維探討

李春亮等

摘 要：長慶靖邊氣田天然氣凈化廠酸氣焚燒爐內(nèi)部耐火層出現(xiàn)裂縫，有燒損、脫落等現(xiàn)象，保溫層抓釘被高溫氧化損壞嚴(yán)重。運(yùn)行中爐體表面溫度最高達(dá)到130℃，有超溫現(xiàn)象，爐膛耐火層大面積脫落。本文就此現(xiàn)象進(jìn)行分析討論，并提出修繕維護(hù)使用建議，以更好的指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：耐火層；脫落失效；修繕維護(hù)

1.概況

酸氣焚燒爐用于將天然氣凈化脫硫裝置脫除的酸氣中的H2S焚燒氧化成SO2后排放。長慶靖邊氣田天然氣凈化廠酸氣焚燒爐設(shè)計(jì)處理酸氣量7571m3/h，燃料氣量196.71m3/h，正常生產(chǎn)控制爐頭、爐膛溫度550～650℃，煙道溫度450-550℃。硫磺回收裝置投產(chǎn)后，酸氣焚燒爐主要處理硫磺回收尾氣，經(jīng)過多年運(yùn)行使用，爐膛內(nèi)部耐火層周圍出現(xiàn)裂縫、耐火層燒損、脫落等現(xiàn)象逐年增多，尤其是近年來運(yùn)行中爐體表面溫度最高可達(dá)130℃，存在超溫現(xiàn)象，檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)爐膛內(nèi)酸氣進(jìn)口部位周圍耐火層大面積脫落，保溫層抓釘被高溫氧化損壞嚴(yán)重，影響尾氣焚燒質(zhì)量。

2.酸氣焚燒爐耐火層損壞現(xiàn)狀

（1）內(nèi)部耐火層多處出現(xiàn)裂縫，裂縫寬度達(dá)3mm，長度最長可達(dá)60mm，裂縫周圍部分耐火層有燒損、脫落現(xiàn)象，裂縫深至保溫層。

（2）燃料氣進(jìn)口火嘴耐火層燒損、脫落、損壞情況比較嚴(yán)重，火嘴處散落有大量耐火層材料物質(zhì)。

3.酸氣焚燒爐失效原因分析

3.1 耐火層材料失效

焚燒爐運(yùn)行時(shí)爐膛內(nèi)酸氣量多、流速高、溫度變化頻繁，易造成循環(huán)熱沖擊，氣流中存在大量高速運(yùn)動(dòng)的高溫固體物料，需要用耐火材料進(jìn)行保護(hù)爐膛受熱面，防止受熱面磨損泄漏。耐火材料失效有三個(gè)方面原因：耐火材料剝落、耐火材料沖刷磨損、耐火材料化學(xué)侵蝕。

3.1.1 耐火材料剝落：分為熱剝落和結(jié)構(gòu)剝落。熱剝落是指由于熱沖擊或機(jī)械應(yīng)力引起的材料損失。熱沖擊會(huì)導(dǎo)致耐火材料襯里的大裂縫和剝落，而溫度快速變化造成的熱沖擊（如啟停爐操作不當(dāng)）可使耐火材料內(nèi)的應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度而剝落。結(jié)構(gòu)剝落是指材料經(jīng)過長期使用，組成和內(nèi)部晶相結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，即使在小的溫差應(yīng)力下就能使其表面變質(zhì)層剝落。

3.1.2耐火材料磨損：爐內(nèi)流體或固體顆粒以一定的速度和角度對(duì)材料表面進(jìn)行沖擊所造成的磨損。

3.1.3耐火材料化學(xué)侵蝕：酸氣中有害雜質(zhì)如硫、氮等在燃燒時(shí)產(chǎn)生二氧化硫、氮氧化合物等酸氣對(duì)耐火防磨材料產(chǎn)生化學(xué)侵蝕以及因堿金屬滲透造成的耐火材料漸衰失效，滲碳造成耐火材料變質(zhì)破壞、抓固釘失效造成的耐火材料層脫落等。

3.2 耐火層材料損壞

3.2.1耐磨材料成分配比不符合要求。配比不合適會(huì)使耐磨材料穩(wěn)定性變差，表面硬度減弱，粘結(jié)力降低，導(dǎo)致耐磨材料極易磨損和脫落。

3.2.2澆注料施工工藝不良。施工時(shí)預(yù)留的膨脹縫不符合要求或膨脹縫設(shè)計(jì)存在問題等，因而在運(yùn)行中極易出現(xiàn)耐磨材料大片脫落。

3.2.3設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理。如抓釘、拉磚鉤數(shù)量較少，施工澆注前沒有按要求對(duì)抓釘涂以瀝青，往往會(huì)造成耐磨料大面積脫落。

3.2.4沒有嚴(yán)格執(zhí)行烘爐曲線，對(duì)烘爐過程缺乏有效監(jiān)督，使?jié)沧⒘蠌?qiáng)度達(dá)不到或者發(fā)生裂紋，造成運(yùn)行中竄火發(fā)生脫落。

3.2.5運(yùn)行操作不當(dāng)。降溫、升溫時(shí)溫升較大，造成耐磨材料受熱不均勻而產(chǎn)生裂紋甚至脫落。

3.2.6腐蝕性介質(zhì)的存在。酸氣在燃燒時(shí)產(chǎn)生SO2、等酸性氣體對(duì)耐火防磨材料產(chǎn)生化學(xué)侵蝕以及因堿金屬滲透，造成耐火耐磨材料損壞。

4.耐火層材料失效防范措施

4.1 合理優(yōu)化材料選擇

科學(xué)合理選用耐火耐磨材料，是保證焚燒爐長周期平穩(wěn)運(yùn)行的基礎(chǔ)。根據(jù)使用情況選擇耐火材料，焚燒爐內(nèi)各部件部位所處的環(huán)境不同，受熱沖擊、溫度循環(huán)變化或沖刷的程度也不一樣，不同的區(qū)域可選用不同性能的耐火材料。如風(fēng)門處選用保溫混凝土，主要成分蛭石或輕質(zhì)骨料等，燃燒室下部選用高鋁質(zhì)或剛玉質(zhì)澆注料；燃燒室出口選用高鋁質(zhì)材料即可；爐膛內(nèi)宜選用高鋁質(zhì)磚或剛玉磚，也可選用高鋁—?jiǎng)傆駨?fù)合材料磚；煙道內(nèi)選用高鋁質(zhì)材料即可。

4.2 施工工藝要求

采用嚴(yán)格澆注料施工工藝：① 所有金屬與澆注料接觸面均應(yīng)涂以瀝青或纏上陶瓷纖維紙；② 拉鉤磚的拉鉤槽間隙全部用灰漿填滿；③ 砌磚過程中，應(yīng)保證所有磚相錯(cuò)布置；④ 在靠近止推板從下至上所有耐磨耐火磚均應(yīng)具有拉鉤，所有支撐托板上下一層磚均為長形耐磨耐火磚并配合出膨脹縫，以形成一個(gè)磚砌爐墻的穩(wěn)定體系；⑤ 不同位置采用不同性能的耐磨耐火澆注料，施工時(shí)每個(gè)區(qū)域所用澆注料的性能不能低于該區(qū)規(guī)定的要求；⑥ 澆注料施工時(shí)一定要搗實(shí)；⑦ 膨脹縫預(yù)留符合要求。

4.3 嚴(yán)格按操作規(guī)程操作

加強(qiáng)烘爐全程監(jiān)督，嚴(yán)格執(zhí)行耐火材料廠家制定的烘爐曲線。烘爐前最好讓澆注料自然風(fēng)干15天后，再開始烘爐，烘爐前必須在鋼制外殼上割排氣口。

4.4 日常運(yùn)行中的管理

加強(qiáng)運(yùn)行管理，嚴(yán)格執(zhí)行焚燒爐升溫曲線，在焚燒爐冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，嚴(yán)禁快速升溫，杜絕野蠻檢修進(jìn)行強(qiáng)制降溫，防止?jié)沧⒘蠝厮龠^快，發(fā)生大面積脫落。

4.5 避免超負(fù)荷運(yùn)行

嚴(yán)格按照酸氣焚燒爐操作規(guī)程操作，避免超溫，超壓超負(fù)荷運(yùn)行。

5.焚燒爐修繕維護(hù)使用建議

5.1 加強(qiáng)焚燒爐運(yùn)行管理，延長耐火襯里使用壽命。焚燒爐的運(yùn)行管理是延長其耐火襯里使用壽命的關(guān)鍵，焚燒爐溫度和負(fù)荷的劇烈變化，是影響其耐火襯里使用壽命的主要因素。在焚燒爐日常運(yùn)行過程中，應(yīng)盡可能保證爐膛內(nèi)溫度均勻分布，避免因局部溫度過高或溫度變化太大造成襯里損壞。

5.2 根據(jù)焚燒爐實(shí)際工況，選用設(shè)計(jì)更加科學(xué)符合實(shí)際工況的火嘴，對(duì)爐膛內(nèi)的燃燒重新進(jìn)行組織，延長襯里使用壽命。

5.3 在日常生產(chǎn)中，盡量保證進(jìn)焚燒爐酸氣量穩(wěn)定，當(dāng)硫磺回收、脫硫裝置出現(xiàn)異常可能導(dǎo)致酸氣量組成發(fā)生變化時(shí)，及時(shí)調(diào)整焚燒爐操作，避免爐溫大幅波動(dòng)。在焚燒爐開停車過程中，嚴(yán)格按照升、降溫曲線，避免爐溫變化太快對(duì)襯里造成損傷。同時(shí)，盡量避免焚燒爐非計(jì)劃停車，減少因非計(jì)劃停車造成爐溫急劇下降對(duì)襯里的損傷。

作者簡介：

李春亮，34歲，男，漢族，大專畢業(yè)，現(xiàn)就職于長慶油田分公司第一采氣廠第一凈化廠，從事天然氣凈化技術(shù)與工藝管理工作，天然氣凈化技師。