王爱民
（中国石油独山子石化塔里木石化分公司，新疆 库尔勒841000）
［摘 要］一段转化炉的正常运行得益于运行与停运期间良好的维护，更得益于操作人员的精细操作与维护。中国石油独山子石化塔里木石化分公司450 kt/a合成氨装置采用丹麦托普索传统蒸汽转化工艺，2010年3月24日一段炉首次点火；2019年12月15日，合成氨装置停车检修，在一段炉催化剂更换过程中，发现一段炉炉管系统存在诸多隐患问题——炉管内催化剂托架裂缝损坏、下集气管重锤存在断裂隐患、部分炉管弯曲较严重且出现贴合现象、更换后的新炉管空管阻力大，为此，在装填新催化剂前对一段炉炉管系统进行了相应的消缺及整改，并据多年的生产经验提出了运行维护方面的建议。
［关键词］一段转化炉；催化剂托架裂缝；下集气管重锤断裂；炉管弯曲变形；炉管空管阻力大；处理措施；运行维护建议
［中图分类号］TQ113.25+4 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2022）06-0034-03
0 引 言
中国石油独山子石化塔里木石化分公司（简称塔石化）450 kt/a合成氨装置转化系统采用丹麦托普索传统蒸汽转化工艺（由中国成达工程有限公司据托普索工艺包完成初步设计和详细设计）。2010年3月24日一段转化炉（简称一段炉）首次点火，2010年5月5日合成氨装置成功打通流程顺利产出液氨，装置试车投产一次成功。
在当前的能源形势及社会条件下，合成氨生产必须开展节能与创新，尤其是系统出现大的隐患的情况下，其优化技改势在必行。一段炉是气头合成氨装置的龙头设备，其运行状况良好与否直接关系到合成氨装置的效能及企业的经济效益。生产过程中，塔石化若因一段炉隐患而被迫停车，造成的经济损失将达上千万元，其间接损失与影响也不小。迄今塔石化一段炉已服役超过11 a，总体运行状况较好，期间也曾出现过各种各样的问题，均得到解决或改善。
2019年12月15日，塔石化合成氨装置因保民用天然气停车，考虑到系统背压增大、压缩机组功耗增加等因素，据安排，决定在冬休过程中对一段炉催化剂进行更换，在这之前2016年一段炉催化剂进行过更换，更换后一段炉压差为216 kPa，到本次催化剂更换之前一段炉压差为330 kPa、一段炉出口气甲烷含量在12%左右（正常指标）。一段炉催化剂更换过程中，发现一段炉炉管系统存在诸多隐患，须在装填新催化剂前对一段炉炉管系统进行消缺及整改。以下就本次一段炉检修情况等作一介绍。
1 一段炉简况
塔石化一段炉（H-201）采用门型侧烧炉，烧嘴分布于转化管两侧，烧嘴火焰不直接接触转化管而是通过炉壁辐射进行加热，虽然炉管温度较好控制，但一段炉出口甲烷含量要求较低，烃类物在一段炉内有较大的转化率（主反应方程式为CH4+2H2O===CO2+4H2），一段炉的负荷较重。
一段炉共分东西两侧炉膛，每侧炉膛有120根转化管，共240根，分A、B、C、D四排烧嘴，共有360个烧嘴。炉管系统包括上集气管、上猪尾管、炉管、下猪尾管、下集气管，炉管规格为Φ152 mm×14.7 mm，单根炉管长度为14 440 mm，炉管单排竖直排列；上、下猪尾管规格均为Φ42.16 mm×7.94 mm。
2 一段炉炉管系统存在的主要问题
2.1 炉管内催化剂托架裂缝损坏
塔石化一段炉共有240根炉管，每一根炉管都有一个催化剂托架。2020年1月15旧催化剂全部抽出后，用窥视镜检查发现炉管内催化剂托架约有90%存在裂缝，进一步检查发现，催化剂托架损坏情况大多是圈缝断裂。当时，如果对全部炉管的催化剂托架进行更换，一是没有备件无法实施，二是炉管长期（自系统原始开车以来炉管尚未更换过）在高温下运行变形使得催化剂托架难以全部取出，若不修补，更换后的催化剂极有可能因催化剂托架圈缝损坏而掉入下猪尾管内，造成炉管堵塞而阻力增大，出现“红管”现象（即炉管超温或架桥现象），甚至发生爆管；当时塔石化已接到春耕用肥（尿素）任务，需尽早复工以保春耕。
2.2 下集气管重锤存在断裂隐患
塔石化一段炉共有炉管240根、下猪尾管240根，炉管通过下猪尾管连接到下集气管中，下集气管共分成5组，每一组共2个重锤系统，共有10个重锤系统，重锤系统的作用是防止下集气管因重力而出现弯曲变形。
正常生产中，一段炉下集气管温度一般控制在810 ℃以下，但在应急情况下以及原料气初始投料过程中，若室内外操作人员没有协调好，外操人员投用烧嘴过快，下集气管操作温度可能达到860 ℃左右。随着塔石化一段炉服役时间的延长，炉内长期处于高温状态，不仅容易造成下集气管U型螺栓断裂且与重锤连接处熔化，失去连接固定的作用，而且重锤因下集气管U型螺栓断裂也失去其作用，造成重锤下落，起不到应有的作用，久而久之会造成一段炉下集气管失去固定而发生变形，其最大的隐患是可能因下集气管断裂而发生着火爆炸事故。本次检修过程中，将保温层拆除后发现下集气管有3个重锤系统存在断裂隐患。
2.3 部分炉管弯曲较严重且存在贴合现象
本次检修过程中，对一段炉炉膛内所有炉管进行认真检查，发现如下问题：部分炉管有一定程度的弯曲，原因是炉管与导向圆筒的间隙太小，系统开车后温度升高（一段炉烟气温度控制在1 100 ℃以下），炉管与导向圆筒膨胀量不同，导致炉管与导向圆筒卡死，而导向圆筒焊接在炉顶板上，使炉管无法完全膨胀而造成炉管弯曲；个别炉管弯曲严重，炉管外壁有高温现象，据现场实际勘察以及测量情况，对一段炉内部分弯曲严重的炉管进行更换，共更换了10根炉管；有2根炉管（上半部偏上）存在部分贴合，生产中易因炉管受热膨胀碰撞而发生事故。
2.4 更换后的新炉管空管阻力大
一段炉内10根弯曲严重的炉管更换完成后，准备着手进行一段炉转化催化剂的装填工作，在此之前先进行每根炉管空管阻力测量。测量发现，有2根更换后的新炉管之空管阻力较大（单根炉管阻力测量值需小于整体炉管阻力平均值的5%），不符合有关规定；经振动及专用工具敲打后，这2根炉管的空管阻力还是不符合要求，进一步检查发现，是焊接新炉管过程中使用堵管的纸张留在了炉管内。将堵管纸抽吸出来后，所有炉管的空管阻力均符合要求。
3 一段炉炉管系统问题的处理
3.1 催化剂托架裂缝的处理
催化剂托架会随着一段炉服役时间推移出现老化损坏的现象，无法在某个或少许催化剂托架出现损坏时进行全体拆装或维修，这就导致损坏的催化剂托架处会有催化剂由转化管掉入下猪尾管内，在下猪尾管内堆积而造成气体流动阻力增大，转化炉出现局部“红管”、高温乃至爆管。因此，如何在不更换或修缮催化剂托架的前提下避免因催化剂托架损坏致催化剂由转化管掉入下猪尾管内是本次检修需解决的问题。
更多内容详见《中氮肥》2022年第6期