兗礦國泰化工公司多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置氣化爐煤氣外泄事故案例分析
兗礦國泰化工公司多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置氣化爐煤氣外泄事故案例分析
事故經(jīng)過(guò)：
2005年2月11日1點(diǎn)40分，兗礦國泰化工公司多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置氣化爐A的A1燒嘴口噴火，氣化崗位現場(chǎng)及中控人員發(fā)現后，馬上停車(chē)處理，停車(chē)后經(jīng)檢查發(fā)現氣化爐A的燒嘴A1燒壞，冷卻水盤(pán)管頭部燒毀，盤(pán)管燒斷;四個(gè)燒嘴周?chē)突鸫u損壞，氣化爐頂部盲蓋燒損。氣化爐被迫停車(chē)檢修，更換燒嘴，修補耐火火磚，修補頂部盲蓋，檢修時(shí)間大約2個(gè)月。氣化爐A于2004年12月開(kāi)始試車(chē)，到目前為止共運行了166小時(shí)
1. 燒嘴冷卻水管破裂是導致煤氣外泄事故的直接原因：
A爐于2005年2月11日1:40發(fā)生煤氣外泄事故是燒嘴冷卻水管破裂所致，與燒嘴損壞有關(guān)，與四噴嘴對置式氣化爐的結構無(wú)關(guān)。
燒嘴頭部腔室的燒嘴冷卻水進(jìn)水管與頭部腔室的焊縫的破裂，導致高溫合成氣竄入燒嘴冷卻水盤(pán)管，燒嘴冷卻水斷流。高于1300℃的合成氣直接損壞燒嘴冷卻水管線(xiàn)。隨著(zhù)燒嘴頭部冷卻腔室的燒損，外通道面積增大，氧氣流量急劇增加(1:40:05的3093Nm3/h急升至1:40:31的4633Nm3/h)，加速燒嘴頭部的燒蝕。合成氣與純氧燃燒，情形類(lèi)似用于氣割鋼板的純氧乙炔焰，對金屬有極大破壞力。高溫高壓合成氣沿燒嘴冷卻水低壓(出口)管線(xiàn)竄出氣化爐，導致框架上出現較長(cháng)的火焰。A1燒嘴周?chē)突鸫u損壞與火焰由爐內竄向燒嘴冷卻水盤(pán)管，燒出氣化爐直接有關(guān)，可能也與氣化爐停車(chē)后降壓過(guò)程中燒嘴冷卻水進(jìn)入爐膛(2:05~2:40)有關(guān)。
因燒嘴冷卻水管破裂導致燒嘴損壞的事故，在渣油氣化裝置、天然氣非催化部分氧化裝置上發(fā)生過(guò)數次，如新疆、寧夏、齊魯等。國內實(shí)踐經(jīng)驗表明，影響燒嘴壽命的因素很多，包括設計、加工、安裝和操作等多方面的原因。即使運行多年的老廠(chǎng)，也依然存在操作不當引起的燒嘴損壞的問(wèn)題。
2. 燒嘴冷卻水管破裂絕不是燒嘴盤(pán)管的磨蝕穿孔引起：
如果是磨蝕穿孔引起燒嘴冷卻水管的燒壞，那么A2、A3、A4燒嘴也會(huì )存在類(lèi)似情況，而據現場(chǎng)觀(guān)察，A2、A3、A4燒嘴冷卻水管未出現磨蝕現象。A1燒嘴殘留的冷卻水管線(xiàn)有類(lèi)似磨蝕的小孔，應該是火焰燒損的結果，沒(méi)有磨損的特征。另外A1燒嘴室也沒(méi)有磨痕。
我們初步認定燒嘴冷卻水管燒壞的原因可能與燒嘴頭部腔室的水的進(jìn)出口位置有關(guān)。A1、A2燒嘴頭部腔室的水的進(jìn)出口方位為冷卻水上進(jìn)下出，這使得燒嘴頭部腔室內的氣泡無(wú)法排出，腔室內殘存氣泡，會(huì )導致上部燒嘴冷卻水進(jìn)水管與頭部腔室的焊縫位置局部過(guò)熱，使焊縫強度降低，造成斷裂。A2燒嘴頭部腔室的上部進(jìn)水焊縫的拉裂就是旁證，說(shuō)明強度已降低。A3、A4燒嘴頭部腔室的水的進(jìn)出口方位為冷卻水下進(jìn)上出，不存在類(lèi)似問(wèn)題，現場(chǎng)燒嘴也較好。Texaco燒嘴垂直放置，不存在類(lèi)似問(wèn)題。
燒嘴的加工質(zhì)量和裝卸也可能有影響，例如燒嘴的同心度、燒嘴的加工焊接、裝卸時(shí)造成的燒嘴冷卻水管線(xiàn)的劃傷等。
3. 燒嘴冷卻水管線(xiàn)在線(xiàn)監測措施不到位導致燒嘴燒損嚴重和火焰外竄。
燒嘴冷卻水管線(xiàn)燒漏在油氣化、煤氣化等工業(yè)裝置上較為常見(jiàn)，但火焰外竄不多見(jiàn)。由于在線(xiàn)監測即時(shí)反映，可以盡早停車(chē)，避免事故發(fā)生。新疆、寧夏的油氣化裝置采用CO在線(xiàn)分析儀進(jìn)行在線(xiàn)監測，即時(shí)發(fā)現燒嘴冷卻水管線(xiàn)泄漏，避免事故發(fā)生。齊魯渣油Shell氣化裝置，由于當時(shí)未采用CO在線(xiàn)分析，曾出現外側水冷夾套穿孔，造成合成氣外泄，拔掉了燒嘴大法蘭的的嚴重事故。
A爐的燒嘴冷卻水分離器的CO在線(xiàn)分析儀一直未投用，這是最靈敏的在線(xiàn)監測措施。而冷卻水流量、壓力、溫度都較為遲鈍，合成氣稍有泄漏，根本沒(méi)有什么反映。如果在燒嘴冷卻水管線(xiàn)泄漏早期發(fā)現，盡早停車(chē)，就不會(huì )出現煤氣外泄，僅需修復燒嘴冷卻水管線(xiàn)的局部部位，不會(huì )產(chǎn)生大的問(wèn)題。
在2月10日晚18點(diǎn)以后，A1燒嘴冷卻水出口溫度已出現上下波動(dòng)，達10℃左右，這可能就是燒嘴冷卻水管線(xiàn)已發(fā)生泄漏的表征。
4. 氣化爐頂部封堵磚燒蝕與封堵磚的制造有關(guān)。
據現場(chǎng)觀(guān)察，頂部預熱口的耐火磚未見(jiàn)損傷，爐內掛渣均勻，這表明頂部的溫度正常。頂部封堵磚燒蝕~300mm，不是由于拱頂溫度過(guò)高導致，而是與封堵磚的制造有關(guān)：留下的斷面呈白色，看上去不是重質(zhì)澆注料;斷面上沒(méi)有燒熔的金屬拉筋。沒(méi)有貫穿封堵磚整體的金屬拉筋，封堵磚的強度無(wú)法保證;沒(méi)有采用重質(zhì)澆注料，封堵磚無(wú)法耐渣的沖刷。
四噴嘴對置式氣化爐的中試裝置也采用相同的方法封堵氣化爐頂部預熱口，經(jīng)過(guò)水煤漿氣化和干煤粉氣化的中試，共運行約700小時(shí)，封堵澆注料未見(jiàn)嚴重燒損。
鑒于以上分析，我們向貴公司提出如下建議：
?、?對A1、A2燒嘴進(jìn)行修復，燒嘴頭部腔室的水的進(jìn)出口方位改為冷卻水下進(jìn)上出;修復燒嘴冷卻水管的外傷;對每個(gè)燒嘴進(jìn)行水壓試驗(外壓);每次投料前檢查工藝燒嘴狀況，通燒嘴冷卻水檢漏。
?、?對損壞的燒嘴室進(jìn)行換磚。
?、?重新制作爐頂封堵磚：采用Incoloy825金屬作預制件外緣;金屬拉筋貫穿封堵磚整體，直至法蘭，采用Incoloy825材料;使用含鉻重質(zhì)澆注料制造。
?、?啟用燒嘴冷卻水分離器上的CO在線(xiàn)分析裝置。
?、?我們認為A爐結構沒(méi)有問(wèn)題。據我們掌握的操作數據(附表所示)，A爐的優(yōu)勢是較為明顯的。
?、?A爐(四噴嘴對置式水煤漿氣化爐)是貴公司大氮肥國產(chǎn)化工程的關(guān)鍵單元，貴公司在工程化過(guò)程中付出了巨大的努力。