德士古气化炉烧嘴泄漏的监测和判断

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1、德士古气化炉烧嘴泄漏的监测和判断艾尔肯·牙森何辉伟孔晨辉(中石油乌鲁木齐石化分公司化肥厂，新疆乌鲁木齐，)2004-12-16   中石油乌鲁木齐石化分公司化肥厂第一套合成氨装置中的气化炉采用德士古专利，其原理是将渣油、蒸汽和氧气以适当配比混合，不完全燃烧生成工艺气。高压氧气(25℃、9.60MPa)和经过预热的渣油(315℃、10.0MPa)及蒸汽(320℃、10.0MPa)分别通过烧嘴的中心管和环隙喷人气化炉燃烧室，雾化混合燃烧。烧嘴加装在燃烧室顶部，并设有冷却水盘管及夹套。冷却水进出口温度分别为38℃、40℃

2、，压力分别为1.47MPa、0.098MPa。气化炉燃烧室温度1350℃。尽管烧嘴正常工作时，冷却水及物流对烧嘴起冷却保护作用，但高速物流的冲刷及含硫工艺气的侵蚀，以及低负荷高温热区的上移都会对烧嘴损害很大。同时在停车期间，烧嘴头部受高温辐射，部分区域得不到保护，易发生泄漏。   进入20世纪90年代，全国大化肥逐步实现设备国产化，气化炉的德士古烧嘴也改为由国内制造。由于烧嘴头与冷却水盘管的使用条件比较苛刻，在1350℃以上的高温炉膛内，承受炉内火焰和物料的冲刷。同时由于国内材料质量不过关，制造技术存在一定的不足，

3、因此在烧嘴国产化后出现了更多次烧嘴泄漏等问题[1]。烧嘴所用冷却水在2～3台气化炉烧嘴中循环利用，当发现烧嘴泄漏时停整套气化装置，检查所有烧嘴并修复泄漏烧嘴是不现实的。所以需借助化验分析手段来准确判断哪一台烧嘴在泄漏，泄漏程度的大小等。当气化炉烧嘴泄漏达到一定程度时，应及时停下发生泄漏的部分进行检修。生产装置可以处于减负荷运行，避免整套装置停工，节省费用。1 实验部分 1.1 原理   利用稀溶液中亨利定律确定冷却水中溶解度较小的永久性气体(H2，CO，N2等)含量，工艺气中溶解度比较小的永久性气体在水中溶解度与气

4、相中分压呈正比关系。以上气体在高压下已泄漏到烧嘴冷却水中，并大量溶解，在常压下由于气相中分压降低，气体解吸释放出所溶解的大部分气体，通过一定的手段取出冷却水所释放出的气体，在气相色谱仪上进行分析，通过分析数据判断烧嘴泄漏程度的大小。亨利定律：在一定温度和平衡状态下，挥发性溶质i的分压pi和它在溶液内的摩尔分数xi成正比。即：pi＝kixi。对于泄漏的氢气：   pi高压氢＝k氢x高压氢，pi低压氢＝k氢x低压氢。   一般情况下大气中摩尔分数xi变化不太明显，解吸气中漏的氢含量等于k氢(x高压氢－x低压氢)，而氢气

5、等水中溶解度比较小的永久性气体本身在常压环境中x低压氢值变化不会太大，所以解吸气中x高压氢值比较大，表明泄漏程度就会比较明显。1.2       取样   从图1中可以看到烧嘴盘管所用冷却水的流程，选取4个取样监测点：4112-V1、FT-11、FT-12和FT-311。图1中4112-V1取样点取的是气样，因是微正压，用双联球取样。在色谱仪上进行分析H2和CO含量，根据色谱仪的灵敏度和试验情况，当4112-V1中的H2+CO含量大于0.01％时，确认烧嘴发生泄漏。此时开始做FT-11、FT-12和FT-311分析

6、。Ft-11，FT-12或FT-311是水样，用一定的取样装置(已申报国家专利)来取出冷却水中溶解的气体样品。在气相色谱仪上分析样品中H2和CO含量，通过对以上分析数据的比较，就可以确认发生泄漏的气化炉烧嘴，从而给烧嘴的更换提供准确的信息。2 讨论   以前判断气化炉烧嘴泄漏时，首先当4112-V1分析中发现有异常超标数据后，分别在FT-11，FT-12或FT-311样点取一定量的冷却水样品，测定此样品的pH值和电导率值，然后通过其检测数据的变化判断烧嘴泄漏程度。此种方法取出来的样品缺乏代表性，影响因素比较复杂。一

7、方面气化炉所用原料组分含量变化是无法准确预测；另一方面烧嘴冷却水中泄漏的酸性气体、一些金属离子或其他杂质的微小变化，直接影响pH值或电导率值的分析数据。pH值和电导率变化不仅仅是反映烧嘴的泄漏程度，也反映工艺气中某些组分含量的变化，所以根据pH值和电导率检测结果无法准确判断同时运行的几台气化炉烧嘴泄漏的程度和位置。为了验证以上观点的正确性，做一系列实验：首先选择一次烧嘴泄漏的时间，然后 在以上3个取样点同时用两种取样方法进行取样、监测。具体分析数据的变化见图2，3，4。     从曲线图2，3中可以看出，通过pH值

8、或电导率的分析数据无法准确判断同时运行的两台气化炉烧嘴中正在泄漏的一台，但通过分析冷却水释放出的气体含量来判断比较准确和直观。从图4中可判断FT-11气化炉的烧嘴正在泄漏。3 结论   1995年在一化肥气化炉烧嘴测漏中采用新分析方法后，判断气化炉烧嘴泄漏程度和位置的准确率达到100％。1998年该法用于第二套天然气合成氨装置废热锅炉(换热器)的泄漏监测，效