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制氢转化炉运行问题分析和对策

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制氢转化炉运行问题分析和对策

崔欣;杨玉国;柴保群;李明

【摘 要】中国石油化工股份有限公司洛阳分公司40 dam3/h制氢装置自开工以来,转化炉陆续出现了低温板式换热器腐蚀窜漏;烟道堵塞导致排烟温度和炉膛负压居高不下;低负荷时氧体积分数在8％以上;转化炉热效率在85％以下;出口温度达不到设计值;管支吊系统配重脱落等问题.分析认为,燃料气管网系统硫含量超标;预热器预防露点腐蚀措施不完善;集气管的恒力弹簧支吊架没有调整平衡;滑轮配重系统固定和设计制造质量不合格等是主要原因.采取了在低温预热器入口增设翅片管式前置预热器;重新设计低温板式换热器;更换板厚为1.5 mm的铸铁板式换热器;更换转化炉管上下保温箱衬里等措施后,转化炉热效率提升至89％,运行状况有了很大改善.

【期刊名称】《炼油技术与工程》

【年(卷),期】2015(045)007

【总页数】4页(P29-32)

【关键词】制氢;转化炉;低温板式换热器

【作 者】崔欣;杨玉国;柴保群;李明

【作者单位】中国石油化工股份有限公司洛阳分公司,河南省洛阳市471012;中国石油化工股份有限公司洛阳分公司,河南省洛阳市471012;中国石油化工股份有限公司洛阳分公司,河南省洛阳市471012;中国石油化工股份有限公司洛阳分公司,河南省洛阳市471012

【正文语种】中 文 中国石油化工股份有限公司洛阳分公司40 dam3/h制氢装置是以加氢干气、焦化干气和芳烃干气为原料，采用轻烃水蒸气转化制氢工艺。转化炉是该装置的核心设备，设计总负荷为58.53 MW，设计热效率为90%，设计出口温度为850℃，辐射室采用顶烧方式。该装置自2009年5月开工以来，陆续出现了转化炉出口温度过低(670～730℃);低温板式换热器频繁腐蚀窜漏;烟道堵塞导致排烟温度和炉膛负压居高不下;低负荷时氧体积分数在8%以上;热效率在85%以下的问题。而高负荷时氧含量又严重不足、炉膛负压偏大，炉出口温度上不去，致使出现转化率低，产品不合格等问题。

2.1 低温板式换热器腐蚀穿透和堵塞

2.1.1 故障现象

2009年5月制氢装置开工后，转化炉低温空气预热器的压力降出现逐渐增大的趋势。8月7日打开低温空气预热器的人孔发现，烟气出口处有大量的黄绿色附着物，8月9日用人工清理和压缩风反吹等方法对低温段空气预热器进行疏通、清理，并检测空气预热器前后压力降为898 Pa，高于设计值200 Pa。2009年9月装置再次开工时，转化炉低温空气预热器前后压力降开始逐渐上升，炉膛负压难以控制，制氢装置被迫停工，拆卸后发现空气预热器烟气侧再次堵塞，清洗后再次运行压差仍然居高不下，勉强维持低负荷运行。2011年9月装置停工大修，拆卸低温空气预热器进行清洗时发现，烟道仍然发生堵塞现象，并发现堵塞部位已经腐蚀穿孔，图1为转化炉预热器烟气出口侧腐蚀情况。由于低温板式换热器采购周期较长，大检修周期短，为了不影响全厂开工，只能对发生穿孔、开裂的部位用不锈钢板材折成板条并用耐高温胶进行了粘接，并将其中一台鼓风机出口封死。冷空气不经过低温预热器而直接走冷空气旁路。但是开工后仍然不理想，只能维持低负荷运行。

2.1.2 原因分析

对预热器板片上的腐蚀挂物进行了采样分析，其成分为硫酸亚铁。由于2011年之前全厂燃料气管网系统硫含量控制不严格，燃料气中硫质量浓度平均为210

mg/m3，而空气预热器设计燃料气硫质量浓度不高于20 mg/m3，过多的硫在升降温过程中生成硫酸亚铁而堵塞烟气通道。

2.1.3 整改措施

(1)在鼓风机出口、低温预热器入口增设翅片管式前置预热器，利用制氢装置的酸性水(温度90℃、流量16～20 t/h)作为前置预热器空气的热源，将空气温度换热至30℃以上，避开了烟气露点温度。

(2)加强全厂燃料气的脱硫控制，将燃料气中的硫质量浓度降至20 mg/m3，同时严控高含硫气未经脱硫工艺排放至燃料气管网。

(3)利用厂区引入天然气作为燃料的条件，一部分天然气作为制氢装置的原料，同时引出一路并入制氢装置燃料气管线，作为开停工期间转化炉使用的燃料。避免由于燃料气含硫导致低温预热器出现露点腐蚀。

(4)将现役空气预热器更换成带有空气幕的新型铸铁板式低温板式空气预热器。

2.2 转化炉管支吊系统配重锤脱落

2.2.1 故障现象

制氢装置在2009年8月3日因生产调整，停工备用。在停工过程中，转化炉转油线和入口集气管的支吊系统和176根转化管的滑轮组支吊系统的配重锤先后4次出现脱落事故。

2.2.2 原因分析

转化炉转油线和入口集气管的支吊系统配重脱落原因主要是两根集气管的恒力弹簧支吊架没有调整平衡和集气管导向支架处施工不完善造成。导向支架没有完全按照图纸要求施工，造成集气管导向支架和转化炉顶部钢结构的摩擦，产生出的摩擦阻力影响了集气管的自由伸缩。集气管由于停工降温产生巨大的收缩力，而摩擦阻力阻碍集气管自由伸缩，导致拉断配重用的钢丝绳。 转化管滑轮配重锤4次脱落，主要原因是系统滑轮钢丝绳固定端固定方式不牢固;配重锤滑道槽钢内部的焊缝没有打磨平，造成配重锤在滑道内卡涩从而导致滑轮钢丝绳受力过大而拉断;滑轮组为滑轮和轴直接配合，极易腐蚀生锈，滑轮转动不灵活，当温度变化时，钢丝绳拉着配重锤上下滑动，由于滑轮转动不良就导致钢丝绳在滑轮滑道的强制滑动，使钢丝绳受力过大而断裂。

2.2.3 整改措施

(1)在转化炉冷态下，统一调整转油线和上集气管的14个恒力弹簧支吊架的调整螺钉，使上集气管在导向架的水平度达一致。

(2)转油线导向架处增设导向滑动板，滑板采用不锈钢和聚四氟乙烯板以降低导向板的摩擦力，减少导向架对上集气管膨胀的影响，使转油线和集气管可自由伸缩。

(3)滑轮配重系统中固定端的钢丝绳固定方式由铝合金卡扣型式更改为用4个钢丝绳夹固定，规格为KHT350-10，按照规范每间隔60 mm安装一个。

(4)所有配重锤的滑道重新施工，并且加宽加大，使配重锤在滑道内可自由滑动。滑道内侧的焊缝余高均打磨平整，避免焊缝余高卡涩配重锤的滑动。

(5)滑轮组配合方式由滑动配合更改为滚动配合，避免滑轮长期使用过程中产生的锈死现象而导致钢丝绳受力过大。

2.3 辐射室氧含量偏离工况

2.3.1 故障现象

制氢装置自投产以来，一直存在低负荷运行时(产氢量小于15 dam3/h)氧体积分数高达10%以上;当产氢量达到30 dam3/h以上时，辐射室氧含量又严重不足，甚至出现严重的燃烧不良，造成对流段二次燃烧，火墙温度超过设计值(936℃)，最高达1 044℃。2013年产氢量与含氧量关系见图2～3。通过同时运行两台鼓风机并开大空气预热旁路，大量冷空气不经预热直接进入炉膛燃烧，才勉强维持35

dam3/h左右的生产负荷。自开工以来，转化炉出口温度始终在690～730℃，远达不到850℃的设计温度，并且整个炉膛温度场分布极不均匀，上层温度接近1

000℃，下层接近集合管的温度只有750℃左右，上下温差过大，导致转化率降低，负荷不能提高。

2.3.2 原因分析

(1)由于低温空气预热器腐蚀穿透，在低温预热器板之间形成了短路，导致烟风互窜。当冷空气经过低温板式预热器，一部分空气被引风机直接抽走，进入烟囱排向大气，一部分空气进入炉膛参与燃烧。因此，导致高负荷时炉膛氧含量严重不足，而预热器后的烟气中氧体积分数达到18%。

(2)根据设计要求，高温和低温空气预热器的空气侧总压力降为1 800 Pa。而实际两者之和为2 680 Pa，远超过了设计值。增上前置预热器后，前置预热器的空气侧压力降为450 Pa，到达燃烧器前压力降为480 Pa。在大负荷时，远远达不到良好燃烧时燃烧器所需入口风压1 000 Pa以上的要求，导致燃烧不完全，容易引发二次燃烧。

(3)转化炉炉管上下尾管保温管壳与保温箱脱节、炉管与保温棉之间有间隙，且上下保温箱内的保温棉没有压实、并且保温棉在高温下大部分已经粉化，根本起不到密封作用。在负压条件下，存在一定的漏风现象，大量的冷空气被炉膛负压吸入炉膛。

(4)转化炉辐射室内烟道开孔部分耐火砖没有取出，烟道不够畅通，再加上烟道被腐蚀物堵塞，引风机无法将辐射室内的烟气抽入对流段。大量的烟气在辐射室内无法流动，导致辐射室负压升高，火嘴周围的温度达到1 000℃，下层接近集合管的温度只有750℃左右，最终导致转化炉出口温度在690～730℃波动。

2.3.3 整改措施

(1)对低温板式换热器进行重新设计，由原来的板厚只有0.75 mm的不锈钢板式换热器更换为板厚为1.5 mm的铸铁板式换热器。为了节省投资和提高耐腐蚀性，在设计时采用四个模块结构，靠近高温侧部分的两个模块采用铸铁材质，靠近低温侧、容易产生露点腐蚀的两个模块采用304不锈钢材质，并采用增加空气幕的方式降低板间结露。

(2)将转化炉管上下保温箱更换为耐高温的耐火纤维毯，同时严把施工质量关，采用层状、错缝铺垫压实。对转化炉管下部采用炉内和炉外同时密封，在炉内将176根炉管下部全部用耐高温浆料进行二次密封，大大降低了漏风的可能。目前，在低负荷小于15 dam3/h时，也可以将炉膛内的氧含量降至2%～4%以内。

(3)2012年8月29日装置检修时，将炉膛内烟道异型耐火砖抽出364块，共打通了91个烟道孔，按照每个开孔尺寸136 mm×233 mm计算，共增大烟道面积2.88 m2，提高了烟气流通能力。

经过增设前置预热器;更换新型铸铁板式低温板式换热器;开停工改用烧天然气以防出现露点腐蚀;转化炉炉管上下保温箱整改治漏等措施后，大部分故障已基本消除。转化炉热效率达到了89%，比之前提高接近5%。但是改造后制氢装置空气预热器空气侧到风门之前的总压力降为3 130 Pa，而现役鼓风机设计额定全压为2

700 Pa，远远达不到燃烧器保持良好燃烧所需入口风压1 000 Pa以上的要求。因此，要想满足制氢装置大负荷生产的要求，必须进一步整改使鼓风机的全压达到4

130 Pa以上。

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焦炉煤气制氢工艺存在的问题和应对方案浅析

焦炉煤气制氢工艺存在的问题和应对方案浅析

焦炉煤气制氢工艺存在的问题和应对方案浅析

摘要：我国的现代化社会建设中，氢气制作受到了人们广泛关注，针对制氢工艺要以制取精度、制取纯度较高的方法为主要的研究方向，焦炉煤气制氢工艺的应用逐渐实现了这一目标。本文对焦炉煤气制氢的特点进行了探讨，分析了焦炉煤气制氢工艺存在的问题及应对方案。

关键词：焦炉；煤气；制氢；工艺；问题

前言：制取氢气的方法中，焦炉煤气制氢工艺具有较强的应用性和可行性，在规定的时间内达到生产目标，提高氢气制作的质量。合理运用焦炉煤气制氢工艺，将工艺制氢的优势充分发挥出来，是焦炉煤气制氢工艺研究中的重点课题。

一、焦炉煤气制氢的特点

焦炉煤制氢有着自动化程度高、制氢纯度高、能耗低的特点，焦炉煤气制氢工艺中应用到的装置最初是由热吸附净化空气装置升级和发展而来的，该装置利用变压吸附方式以及变温吸附的方式，能够在相同的吸附时间内提高空气净化度，保证高纯度的氢气制作，有着自动化的优势特点。焦炉煤气制氢装置的介质气体燃点低，通过计算机应用控制阀门，对各项参数进行合理地设置和调节，以免发生爆炸问题。该装置有低能耗的优势，制作氢气之后解析气体，实现了重复利用，体现了绿色环保的优势特点。若是发现了装置中存在气体泄漏的问题，其中安装的警报装置能够立即发出警报，由中控计算机对系统状态进行细致、全面的检测，加强对产品质量的控制，合理调整参数的数值，避免发生故障问题。焦炉煤气制氢工艺是由制氢系统、变温系统以及氢气精制系统三个部分构成，在具体的制氢过程中，由于焦煤质量不同，因此焦化的过程与最终效果也存在差异性，要尽可能选择优质质量的焦煤，保证氢气的制作纯度。通过吸附工艺中的变压吸附，将定量杂质吸附后进行降压作业，结合顺向、逆向降压，回收塔内氢气。将吸附杂质冲洗干净，做好冲压准备，利用预处理器在变温吸附工艺应用过程中，对塔进行吸附，逆向放压，增加温度，温度冷却后压力增加，脱氧干燥工艺应用，是利用催化反应将适量的催化剂加入吸附杂质[1]。

制氢装置转化炉简介及制氢原理

制氢装置转化炉简介及制氢原理

制氢装置转化炉简介

一、炉型及结构

1.炉型

制氢装置转化炉按辐射室供热方式进行分类，可分为以下四种方式：

1)顶烧炉：这是很多公司都采用的一种炉型。这种炉型的燃烧器布置在辐射室顶部，转化管受热形式为单排管受双面辐射，火焰与炉管平行，垂直向下燃烧，烟气下行，从炉膛底部烟道离开辐射室。这种炉型的对流室均布置在辐射室旁边。

2)侧烧炉：这种炉型以丹麦TOPSφE公司为代表。这种炉子的燃烧器布置在辐射室的侧墙，火焰附墙燃烧。早期转化管的受热形式多为炉膛中间的双排管受侧墙的双面辐射，由于受热形式不好，操作条件苛刻时，炉管易弯曲，现在大部分都改为单排管受双面辐射的形式。这种炉子的烟气上行，对流室置于辐射室顶部，大型装置的对流室考虑到结构及检修等原因，对流室经常放置在辐射室旁边。

3)梯台炉：这种炉型以美国FOSTER WHEELER公司为代表。这种炉子的辐射室侧墙呈梯台形，燃烧器火焰沿倾斜炉墙平行燃烧，通过炉墙向转化管辐射传热。与侧烧炉类似，转化管可以为双排或单排。这种炉子的对流室全部置于辐射室顶部，烟气上行，采用自然抽风，没有引风机。

4)底烧炉：这种炉型目前多用于小型装置。燃烧器位于辐射室底部，烟气上行。

2.炉型结构比较

2.1传热方式

顶烧炉的燃烧器安装在辐射室顶部，火焰从上往下烧，烟气流动方向与转化管内介质流动方向相同，传热方式为并流传热。侧烧炉燃烧器安装在辐射室侧墙，火焰附墙燃烧，通过辐射墙对转化管传热，烟气流动方向与管内介质流动方向相反，传热方式错流传热。梯台炉的燃烧器排数比侧烧炉要少，是一种改进的错流传热。底烧炉为逆流传热。

2.2热强度及管壁温度温度分布

由于不同的传热方式，所以不同炉型具有不同的热强度和管壁温度分布。顶烧炉火焰集中在炉膛顶部，所以该处辐射传热能力非常强，具有非常高的局部热强度，同时该处的管壁温度也为最高。最高管壁温度和热强度同时在转化管顶部出现峰值是顶烧式转化炉的特点。该特点造成转化管有较高的设计壁温。对于侧烧和梯台转化炉，由于燃烧器均匀分布在沿管长方向的不同标高，辐射传热比较均匀，可避免该峰值，从而降低设计壁温，减少转化管壁厚，节约高合金炉管，或允许较高的转化气出口温度，以降低残余甲烷，提高氢的产率。在管壁设计温度相同时，侧烧炉和梯台炉可以允许较大的总平均管壁热强度，这样传热面积会相应减少，转化管数量有所下降。底烧炉在传热性能上，具有炉顶热强度低，炉底热强度高的特性，因而炉管壁温变化最大，特别是炉底处炉管壁温是所有炉型中最高，对炉管寿命十分不利，为了控制最高管壁热强度不超标，只能选用很低的平均热强度，造成管材的巨大浪费，所以大型装置都不采用底烧炉。

探究制氢装置转化炉烘炉质量保证措施

探究制氢装置转化炉烘炉质量保证措施

探究制氢装置转化炉烘炉质量保证措施

针对目前制氢装置转化炉烘炉过程存在的质量问题，文章从实践角度出发，分析了质量保证措施的应用方向、准备工作开展要点以及烘炉监测与检查工作的实施策略，其目的是为相关建筑者提供一些理论依据。结果表明，制氢装置转化炉烘炉质量，应结合施工作业实际情况与需求，来提高各个系统设备运行使用效率状态。

标签：制氢装置；转化炉烘炉；上集合管系统监测

科技水平的不断进步，使得制氢装置转化炉的烘炉作业，将面临日趋复杂的市场环境。为此，烘炉施工控制人员应在明确质量控制方向的基础上，着手准备工作，来提高烘炉作业的质量效果。于此，制氢装置的作用效果才能以高稳定性、高效率状态，充分发挥出来，进而为工业生产建设提供重要助力。故，相关建设人员应将其作为重点研究对象，以服务于当前经济建设的全面发展进程。

1 明确制氢装置转化炉烘炉质量控制方向

研究表明，当制氢装置转化炉投入使用后，烘炉具有炉温上升迅速特点，为避免炉墙砌筑过程积存水分与炉内衬里水分被急剧蒸发，可对施工质量进行一次检验，以控制砖缝裂缝与内衬脱落问题的出现。具体来说，在制氢装置施工安装前，要按照设计要求对新建耐火砖或是轻质耐热混凝土的衬里转化炉进行烘炉处理。此过程，施工质量控制人员应通过先后控制转化炉输气总管与对流段入口的升温速率、降温速率以及恒温时间，来进行炉墙的高温烧结控制。

2 做好制氢装置转化炉烘炉前的准备工作

2.1 组织烘炉工作培训

为实现转化炉烘炉工作的顺利开展，相关人员应组织参与烘炉工作的专业工程师、施工单位以及车间人员等，进行烘炉方案应用、流程控制要点以及操作方法等方面的培训学习工作，以完成技术与安全方面的交底工作。

2.2 检查支承悬吊系统

准备工作人员，为使系统处于冷态位置，需通过拆除转化管上部的恒力碟簧吊架、上级和管系统滑轮式配重吊架等构件的卡板与销钉，来进行质量控制。此过程，还要对拆除作业内容进行记录、标记与确认，来为后续施工操作提供便利。此外，准备工作人员还要检查确认转化气蒸汽发生器和汽包基础螺栓的螺帽松开，且滑动端的膨胀间隙符合设计文件规定。

制氢装置转化炉炉管焊缝开裂原因分析及预防措施

制氢装置转化炉炉管焊缝开裂原因分析及预防措施

制氢装置转化炉炉管焊缝开裂原因分析及预防措施

摘要：某制氢装置转化炉于2014年10月投用，2019年5月检查发现有1根延伸段炉管存在裂纹，其工作温度为460℃，材质为SA-312TP304H，对其进行打磨时发现该裂纹为穿透性裂纹，这将会造成炉管内介质泄漏，给制氢装置的安全生产带来隐患。另外，在装置停工检修时发现还有5根炉管焊缝也存在裂纹缺陷。为了防止裂纹缺陷的进一步扩大，保证设备的安全生产，有必要对制氢装置转化炉炉管进行失效分析，并提出相应的整改措施。1制氢装置转化炉及炉管情况1．1转化炉情况转化炉是制氢装置的核心设备，炉管内装有催化剂，介质通过炉管被加热，同时又进行化学反应。

关键词：转化炉;炉管;焊缝开裂;热疲劳;裂纹;高温蠕变

引言

随着世界范围内对清洁原料的使用需求在不断增加，近几年我国氢气的需求量可谓是日益增加，制氢装置的功能性则需要不断更新，尽可能满足工业发展领域的实际需求。由于在转化过程中，具有强吸热以及高温等特点，该反应器被设计成加热炉的形式，在使用过程中，需要将催化剂装在一根根装入炉内，由炉膛直接加热，进而发现使用过程中容易出现的问题，需要针对这些问题进行解决。

1制氢装置转化炉及炉管情况

1．1转化炉情况转化炉是制氢装置的核心设备，炉管内装有催化剂，介质通过炉管被加热，同时又进行化学反应。该装置转化炉采用顶烧单排管双面辐射炉型，主要由辐射室、对流室和烟囱组成，共有炉管96根，分四排布置。转化炉炉管采用顶部吊挂、下部支撑的结构形式，其上部通过上猪尾管与进口集合管相连，下部为内衬管，与冷壁分集气管相连;四根分集气管在末端汇合进入冷壁总集气管与转化气余热锅炉相连;上猪尾管、上集合管、原料气总管均采用恒力弹簧吊架支撑。

1．2炉管情况

制氢装置转化炉设备的相关参数在制氢装置转化炉中，整个反应过程呈现一种极为强烈的吸热反应，其中涉及到的所有热量均是由气体燃料烧嘴所提供的。本次实验的过程中制氢装置转化炉采用的是顶烧厢式炉结构，其中燃烧器布置在辐射室的顶部，并且转化管受热形式为单排管受双面辐射，其中制氢装置转化炉的外形尺寸为：13.2mm×16.5mm×30.3m。涉及到的其他与制氢装置转化炉相关的参数为：总热负荷为121.972MJ/h，其中辐射室吸热量为77.352MJ/h，入口设计温度为550℃，出口的设计温度为860℃，其中入口设计压力为3.3MPa，出口的设计压力为3.0MPa，总热效率为>90%，对流室吸热量为44.62MJ/h；其中入口操作温度为542℃,出口操作温度为880℃，入口操作压力3.07MPa,出口操作压力为2.93MPa。