制氢转化炉管亮斑原因分析及应对措施

2017-07-31金宏伟中海石油宁波大榭石化有限公司浙江宁波315812

化工管理 2017年19期

金宏伟(中海石油宁波大榭石化有限公司，浙江宁波 315812)

制氢转化炉管亮斑原因分析及应对措施

金宏伟(中海石油宁波大榭石化有限公司，浙江宁波 315812)

某石化公司制氢装置开工后一直处于较低负荷运行。转化炉炉管三米点、底部出现局部“亮斑”，并且出现“红管”现象。分析认定负荷率偏低、原料中带有复杂有机硫无法脱除导致转化催化剂中毒，同时火嘴燃烧不良也是诱因。提出相应处理措施，转化炉状况有了较明显的改善，保证了装置长周期安全稳定运行。

制氢；转化炉；亮斑；红管；火嘴

某石化公司6万标立/小时烃类蒸汽转化制氢装置，首次开工后，转化炉炉管出现了轻微“亮斑”现象，并且转化炉“亮斑”和“红管”现象逐渐严重，成为制氢装置安全平稳运行的隐患。

1 炉管花斑影响分析

制氢转化炉炉管最高耐热设计温度为925 ℃，寿命10万小时。转化炉出现花斑后，可能出现积炭或催化剂粉碎，炉管堵塞，气流无法畅通，会产生整根炉管高温或超温，长时间运行，炉管材质会发生高温蠕变，热膨胀不匀，局部应力过大，导致炉管破裂事故的发生。

2 转化炉“亮斑”、“红管”原因分析

2.1 负荷影响分析

制氢装置设计负荷为60～110%，而实际运行负荷低于50%。在低负荷下如何保证炉管内的气流均匀是一大难题，单个炉管分配的可反应气流偏少、吸热量过少，炉管干烧，就会出现局部“亮斑”、“红管”现象。装置50%以下负荷时水碳比保持在5以上，实际配汽≮35t/h，转化进料量≮11000Nm3/h，经设计核算，实际运行原料和蒸汽流量可以保证入炉气流的均布。

2.2 原料性质影响分析

如果原料中含有硫醇、硫醚等简单有机硫，只要能保证加氢反应的工艺操作可以完全转化为H2S。从图1来看，脱硫气硫含量高于0.5PPm近一个月时间，但脱硫气中并没有检测到H2S超标，说明脱硫气中有未知形态的有机硫，这种有机硫形态复杂，在加氢反应中难以转化。

图1 加氢气、脱硫气硫含量(PPm)

2.3 蒸汽品质、催化剂分析

转化反应所用工艺蒸汽为制氢装置转化炉对流段自产的3.5MPa 蒸汽。开工后监测氯离子＜0.1mg/L，SiO2＜20μg/ L，因此可以排除工艺蒸汽对转化催化剂的影响。催化剂部分粉碎或积碳是引起转化炉炉管“亮斑”、“红管”的原因之一。实际运行中，炉出入口差压没有明显上升，始终保持在0.07～0.1MPa之间；炉出口温度保持在760℃，甲烷含量控制在4-5%左右，甲烷含量也没有上升趋势。

2.4 转化炉火嘴调节不当分析

制氢转化炉共有98个火嘴。每一个火嘴均由单独的燃料气火嘴和解吸气火嘴组成。正常时，从制氢PSA 产出的解吸气既可以单独也可以与部分燃料气混合燃烧，燃料气作为调节转化炉出口温度的手段。随着加工负荷时有变化，PSA 解吸气量也随着负荷波动，对于单个火嘴负荷大，火焰难观察、难调节，如果转化炉火嘴调节不当，出现火焰过大过长、从而产生偏烧、扑炉管的现象，就极有可能导致“红管”、积炭事故。

3 炉管“亮斑”、“红管”处理措施

出现“亮斑”现象及时关小周围火嘴，关闭“红管”周围火嘴。在保证炉出口甲烷含量的前提下，适当降低转化炉出口温度，适当增大水碳比。

“亮斑”、“红管”更换催化剂，卸剂前测量炉管压差在5%以内。卸剂后检查炉管通畅，并且炉管内部干净、出口柔管格栅、上尾管无堵塞现象。分析原因可能是“红管”炉管偏烧发生严重积碳，炉管压差高造成偏流而产生整根炉管红管，由于停工时进行4小时蒸汽烧碳时完成消碳，因此卸剂之后对催化剂检查均正常。

4 运行维护方案

上游装置加强脱硫操作管理，保证进制氢装置原料含硫量小于20PPm。加强转化炉火嘴燃烧状况巡检，避免转化炉内火焰偏烧现象、炉管热应力过大。加强蒸汽、锅炉上水氯离子分析。避免装置负荷频繁大幅度调整，保证蒸汽流量和原料流量的稳定性。严格执行工艺纪律，严禁超温、超压，按照工艺参数运行。原料加强脱硫、脱液管理，转化大水碳比操作。通过采取以上工艺调整措施，转化炉的运行状况有了较明显的改善，炉管“亮斑”现象没有进一步扩大的趋势，得到了较好的抑制，保证装置的长周期安全稳定运行。