转化炉管排温差原因分析及调整方法
【摘要】本文通过对转化炉结构分析，总结影响转化炉管排温差的因素，并对管排温差进行调整，从而解决中海化学80万吨甲醇装置在正常运行中出现的管排温差偏高问题。
【关键词】转化炉 管排温差 调整
1 概述
转化炉膛内各管之壁温在同一水平面上应当大体相等，管排温差也大致相等，温差应该是越小越好。但是由于转化装填之差异，运行过程中结炭多少不同或转化火嘴供热多少差别等原因，管排温差总是偏大。管排温度不一致，温差过大会造成转化管局部超温，受力不均变形， 严重会影响转化管使用寿命；缩小温差，可充分发挥催化剂的整体效能，提高转化率及延长催化剂的使用寿命。
通过研究转化炉的结构特点，分析管排温差偏大的原因，总结出本套甲醇装置转化炉管排温差调整的操作要点，控制温差在20℃的设计范围之内，从而延长转化管及催化剂的使用寿命，提高生产效率从而到达节能降耗，保证装置长期安全平稳的运行。
2 转化炉结构特点及管排各温度点分布
中海化学80万吨甲醇装置采用的是DPT转化炉，为顶烧转化炉，外观呈方箱型结构，燃烧器布置在炉顶。转化炉烧嘴共144个，分9排，每排16个，第一排与第九排烧嘴是小烧嘴，放热量为内部大烧嘴的75%。转化管共448根，分8排，每排56根，转化管的设计寿命可长于100，000小时，但温度控制过高可使炉管寿命缩短，缩小管排温差，避免出现炉管局部超温，严格控制出口温度低于880℃，以确保管子达到全寿命周期。
转化炉管排温度各点分布情况：转化炉出口在次级集气管上分布有16个温度测量点，分别为TI1301～ TI1316，TI1301至TI1308为北面转化管出口转化气测温点，TDI1301A为北面各温度点中最高与最低点之差；TI1309至TI1316为南面转化管出口转化气测温点，TDI1309A为南面各温度点中最高与最低点之差。转化炉各测温点分布如下图1：
3 转化炉管排温差偏高原因分析
中海化学80万吨甲醇装置，在原始开车成功以后，很长一段时间内，转化炉出口北面管排温差TDI1301A偏高达到39.2℃以上，超出20℃的指标设计范围，南面管排温度整体上较北面温度偏高20℃左右。影响转化炉管排温差因素很多，而各个因素又相互影响、相互制约，任何一个环节有问题都会导致温度变化，温差加大。现将影响温差主要因素进行分析总结：
3.1 烧嘴的燃烧情况
本套装置转化炉为DPT顶烧炉，烧嘴采用的是汉姆沃斯公司的DFR双重燃气烧嘴，内排112大烧嘴，外排32个小烧嘴，单个外排烧嘴的放热量为内排烧嘴的75%。烧嘴堵塞、安装不当、空气配比等问题，都会引起烧嘴的燃烧不良，火焰偏烧，从而造成烧嘴不均匀放热，炉管受热不均局部温度过高或过低，造成管排温差加大。对于顶烧转化炉，主要从火焰颜色和外形来判断燃烧的状况。当火焰呈兰色，或兰色中带黄色小斑点，外形刚直有力，不飘忽，更不能扑到炉管上，代表火焰燃烧良好。在管排温度存在偏差较大时，首先检查烧嘴火焰燃烧情况是否良好，调整火焰，避免火焰偏烧至炉管上，造成炉管局部超温变形，损坏炉管。
3.2 燃料气量的分配
转化炉的燃料气分为高压燃料气（设定压力0.45MPA）与低压燃料气（设定压力0.25MPA），高压燃气来自进界区天然气，压力较稳定；低压燃气来自变压吸附的尾气，压力、流量周期性波动，正常运行低压燃料气流量40KNM3/h，波动量达3.5KNM3/ h。高低压燃气均通过烧嘴前的限流孔板均匀分配，分别进入双燃料烧嘴内外通道，并在烧嘴前端的喷口处汇集。影响燃气量分配的因素：高低压燃气管线上的限流孔板尺寸在加工、安装时是否完全一致；装置在长期运行过程中，孔板是否被杂质堵塞；烧嘴前燃气管线的分布，造成各点燃气压力的不同；低压燃料气压力、流量的波动。燃料气量的分配对温差的影响很大，燃气量的多少直接影响着烧嘴的放热量，从而影响管排温差。
3.3 燃料气空气量的分配
空气由鼓风机输送，鼓风机透平转速正常有50rpm上下波动，空气从转化炉南北两侧分别进入9排风道， 每排风量由一个一次风门控制，一次风门始终保持全开，每排风道里安装有八个二次风门，分别对应八个烧嘴，风从烧嘴两侧进入，通过烧嘴前的二次风门进行配风调节。由于鼓风机转速波动，二次风门的卡涩，烧嘴前空气分配管线上各点风压不同，都会造成风量分配不均，烧嘴燃烧效果也不同，放热量及产生的烟气量也不同，致使各排温度点产生偏差。
3.4 烟气系统
目前转化炉炉膛负压控制在-70pa投自动，但受到低压燃气压力波动，负压也随之波动。转化炉顶烧嘴燃烧产生的烟气自上往下流到炉底9排烟道，中间7排烟道的两侧墙上各开有106个进气孔，两端烟道墙在内侧开孔156个进气孔。在炉顶每个烧嘴产生烟气量相同的情况下，受负压作用烟气向南漂移，由于烟气的横向流动造成热量的向南偏移，致使整体上南面各点温度较北面的高。
3.5 原料气系统
预转化气在转化炉顶部均匀分配到8排共448根转化管，在转化管内自上而下流动，在催化剂作用下进行强吸热的转化反应。若由于转化管内催化剂阻力大小不同，转化管入口压力存在差异，则会影响到各排分配气量的不均匀，反应所需的热量也就不一样，若在各排烧嘴同时放出相同热量的情况下，管排温差就会加大。
4 转化炉管排温差的调整
在2012.7管排温差调整前的工况：转化负荷为92500 NM3/h（约95%的系统负荷），水碳比为3.1左右，转化炉出口温度控制在865℃左右，转化炉出口烟气温度约为910℃，转化炉管排各点温度表及南北温差如下表1：
从上表可看出，北面管排温差TDI1301A达39.2℃，超出了20℃的指标控制范围；顺着烟气流动方向，管排温度呈升高趋势，温差最高的达到41.7℃（TI1315与TI1303之差）。
调整方法：
（1）首先检查烧嘴火焰燃烧情况，对燃烧不良的烧嘴进行调整，使火焰良好燃烧，不偏烧不添管；
（2）根据各管排温度高低情况，通过调节高低压燃气量及风量，使温度在大体上均匀分布，缩小温差；
（3）个别温度点温度（T I1301、TI1303）在燃气阀全开的情况下，温度任较低，有可能是燃气管线上限流孔板处有堵塞，或由于管道的分布导致烧嘴前燃气压力较低使燃气量分配少，拆除此温度点周边个别烧嘴燃气管线上的限流孔板，以适当增加燃气量；
（4）TI1301与TI1305，TI1303与TI1307这两组温度点温差较大，分别为25.2℃，28.1℃，因两组温度点所对应烧嘴分别共用同一风道，在保证烧嘴燃烧良好前提下，适当减小TI1305与TI1307周边烧嘴的空气量，以提高TI1301与TI1303周边烧嘴的空气量，使TI1301与TI1303附近烟气量适当增加，以加大烟气携带的热量（空气量过大反而会将热量后移，温度会下降），缩小TI1301与TI1305，TI1303与TI1307之间的温差；
（5）南北温差较大，可提高北面燃气量及空气量，使北面烧嘴放热量增加，提高温度，缩小南北温差；
（6）任何时候对管排温差的调整，都要先保证烧嘴火焰燃烧良好为前提。
经过调整，转化炉北面管排温差减小至工艺指标控制范围之内，温差由原先的39.2℃降至17.5℃，同一方向上南北温差也减小了20℃左右，调整前后各管排温度点的温度如下表2：
5 结语
通过对转化炉管排温度偏大原因进行总结分析，经调整，最终将管排温差降至控制范围之内，避免了温差过大、炉管局部温度过高对炉管造成的损害，提高了催化剂的整体效能，达到节能降耗，为保转化炉安全稳定高效运行，打下扎实基础。