烧嘴烧穿事故原因分析及优化
孔德升
［新能凤凰（滕州）能源有限公司，山东 滕州277527］
［摘 要］对烧嘴烧穿、合成气大量外泄的原因进行分析，通过增加烧嘴在线监控手段和实施烧嘴冷却水联锁优化措施，实现了对烧嘴泄漏情况的准确检测，并能第一时间触发停车联锁，关闭烧嘴冷却水进、出口切断阀，避免了烧嘴烧穿、合成气外泄事故的再次发生。
［关键词 烧嘴烧穿；合成气外泄；烧嘴冷却水；安全联锁；原因分析；优化措施
［中图分类号］ TQ 545 ［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2016）01-0049-03
三流道预膜式工艺烧嘴是四喷嘴气化工艺的核心设备之一，由于工艺烧嘴头部暴露在1 350 ℃的高温环境中长期工作，热应力突变、灰渣冲刷、煤浆冲刷和回流流股冲蚀等原因，决定了即便拥有再好材质的烧嘴也会存在一定的使用寿命。部分新建装置在投产后出现了工艺烧嘴烧穿、合成气大量外泄事故，不仅烧坏烧嘴（烧嘴永久性报废）、使气化炉耐火砖使用寿命大大缩短，更对整个厂区的安全形成巨大威胁。
1 烧嘴保护措施概述
为延长工艺烧嘴的使用寿命，气化装置设计了一套专门对烧嘴头部进行强制冷却的冷却水系统。用脱盐水建立烧嘴冷却水槽液位，冷却水由烧嘴冷却水泵加压至2.8 MPa，经烧嘴冷却水冷却器冷却降温后采取低进高出的形式进入4个工艺烧嘴的冷却水盘管及头部水夹套内，对烧嘴头部进行强制冷却，从而达到保护烧嘴的目的。从烧嘴出来的冷却水回流至回水分离罐，再溢流至冷却水槽继续循环使用。烧嘴冷却水系统另设有事故烧嘴冷却水槽，当2台烧嘴冷却水泵均出现故障或系统断电时，可提供烧嘴冷却水紧急补水。此外，为避免烧嘴安装或拆卸时物理碰撞、合成气冷凝点蚀及隔绝高温、减少烧嘴室回流冲刷，还在烧嘴头部采用了特殊模具浇筑而成的氧化铝空心球保护层。
同时，利用烧嘴冷却水压力低于气化炉压力的特点，设立烧嘴冷却水联锁系统，用以监控烧嘴冷却水系统的泄漏情况。当烧嘴头部泄漏时，合成气会进入烧嘴冷却水中，相应仪表检测到后，该烧嘴冷却水进、出口切断阀会联锁关闭，并触发该对烧嘴联锁停车，确保气化炉安全停车。目前厂家普遍采用的是烧嘴冷却水进口流量低低（LL）、烧嘴冷却水进口压力高高（HH）、烧嘴冷却水出口温度高高（HH）三选二联锁。
2 烧嘴烧穿、合成气外泄的危害
（1）夹带熔渣的高温合成气从烧嘴处反窜，对烧嘴室和工艺烧嘴造成冲刷，烧坏夹套和盘管，使工艺烧嘴永久性报废；烧嘴与气化炉连接法兰若受到冲刷损坏，还会耽误气化炉投料时间，延长事故处理时间。
（2）合成气从气化炉烧嘴处外泄，与氧气相遇发生爆炸，易损坏周围设备、管线、阀门和仪表设施。
（3）合成气中的CO、H2S和COS等有毒有害气体弥漫气化框架，严重威胁周围人员的生命安全，并给事故损坏情况检查和处理带来困难。
（4）激冷室内的激冷水随主系统中的合成气反窜进入气化炉燃烧室，造成炉温骤降，耐火内衬易产生裂纹、剥落、断裂、脱落，甚至拱顶坍塌，耐火内衬寿命剧减，从而易引发炉壁超温，对气化炉再次投料运行产生严重影响，并形成极大的安全隐患。
（5）合成气外泄后，系统压力骤降，对设备和管道产生突变应力，内件容易脱落、损坏，连接法兰容易泄漏。
（6）合成气外泄导致系统压力骤降后，管道和设备内的垢片脱落，还会造成管道堵塞，影响系统灰渣的排出和正常的水循环。
（7）水洗塔压力骤降，黑水汽化，造成黑水循环泵汽蚀损坏，激冷水供应中断，激冷环受到损坏。
3 烧嘴烧穿、合成气外泄事故的处理步骤
（1）气化炉两对烧嘴紧急停车，烧嘴烧穿若未触发联锁，则执行烧嘴冷却水故障停车操作。
（2）检查并确保安全系统程控阀门动作顺序和阀位正确。
（3）确认氧气调节阀、合成气出工段阀关闭，关闭该气化炉氧气入工段阀。
（4）手动打开水洗塔出口合成气放空阀和合成气压力调节阀，进行快速泄压操作。
（5）打开黑水循环泵入口补水阀，降低黑水循环泵入口水温，防止黑水循环泵汽蚀。
（6）系统压力降至1.5 MPa，执行黑水切换操作，直接将气化炉黑水切入真空闪蒸系统，保证气化炉压力低时系统水循环正常。
（7）导通气化炉、旋风分离器和水洗塔置换盲板，并打开置换阀门，系统进行氮气置换操作。
（8）系统置换合格后，投用抽引系统，建立气化炉内负压。
（9）分析人员做大气环境分析，工艺人员根据分析情况佩戴防护器具进入现场，进行工艺处理和煤浆管线冲洗。
（10）拆除故障工艺烧嘴，检查工艺烧嘴、气化炉筒体法兰和烧嘴室的损坏情况（确认气化炉筒体法兰和烧嘴室砖无冲刷、脱落）。
（11）检查炉温≥1 000 ℃，更换工艺烧嘴并紧固（若烧嘴使用时间较长，4个烧嘴必须同时更换）。
（12）对黑水管线及设备导淋进行排污操作，排出遗留的灰渣和脱落的垢片。
（13）停抽引系统，系统进行氮气置换，建立煤浆循环和氧气开工流量。
（14）现场和控制室最终确认，根据气化炉炉膛温度和事故损坏情况，向调度申请是否执行气化炉连投操作。
4 烧嘴烧穿、合成气外泄事故的原因分析
更多内容详见《中氮肥》2016年第1期