某廠德士古水煤漿氣化裝置燒嘴冷卻水管破裂導致煤氣外泄事故原因分析
某廠德士古水煤漿氣化裝置燒嘴冷卻水管破裂導致煤氣外泄事故原因分析
2005年2月11日1點40分，某廠德士古水煤漿氣化裝置氣化爐A的A1燒嘴口噴火，氣化崗位現(xiàn)場及中控人員發(fā)現(xiàn)后，馬上停車處理，停車后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)氣化爐A的燒嘴A1燒壞，冷卻水盤管頭部燒毀，盤管燒斷;四個燒嘴周圍耐火磚損壞，氣化爐頂部盲蓋燒損。氣化爐被迫停車檢修，更換燒嘴，修補耐火火磚，修補頂部盲蓋，檢修時間大約2個月。氣化爐A于2004年12月開始試車，到目前為止共運行了166小時，事故原因分析：
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(jié)構(gòu)無關(guān)。燒嘴頭部腔室的燒嘴冷卻水進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。隨著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)管線竄出氣化爐，導致框架上出現(xiàn)較長的火焰。A1燒嘴周圍耐火磚損壞與火焰由爐內(nèi)竄向燒嘴冷卻水盤管，燒出氣化爐直接有關(guān)，可能也與氣化爐停車后降壓過程中燒嘴冷卻水進入爐膛(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)生過數(shù)次，如新疆、寧夏、齊魯?shù)取鴥?nèi)實踐經(jīng)驗表明，影響燒嘴壽命的因素很多，包括設(shè)計、加工、安裝和操作等多方面的原因。即使運行多年的老廠，也依然存在操作不當引起的燒嘴損壞的問題。
2. 燒嘴冷卻水管破裂絕不是燒嘴盤管的磨蝕穿孔引起：如果是磨蝕穿孔引起燒嘴冷卻水管的燒壞，那么A2、A3、A4燒嘴也會存在類似情況，而據(jù)現(xiàn)場觀察，A2、A3、A4燒嘴冷卻水管未出現(xiàn)磨蝕現(xiàn)象。A1燒嘴殘留的冷卻水管線有類似磨蝕的小孔，應該是火焰燒損的結(jié)果，沒有磨損的特征。另外A1燒嘴室也沒有磨痕。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出口位置有關(guān)。A1、A2燒嘴頭部腔室的水的進出口方位為冷卻水上進下出，這使得燒嘴頭部腔室內(nèi)的氣泡無法排出，腔室內(nèi)殘存氣泡，會導致上部燒嘴冷卻水進水管與頭部腔室的焊縫位置局部過熱，使焊縫強度降低，造成斷裂。A2燒嘴頭部腔室的上部進水焊縫的拉裂就是旁證，說明強度已降低。A3、A4燒嘴頭部腔室的水的進出口方位為冷卻水下進上出，不存在類似問題，現(xiàn)場燒嘴也較好。Texaco燒嘴垂直放置，不存在類似問題。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、裝卸時造成的燒嘴冷卻水管線的劃傷等。
3. 燒嘴冷卻水管線在線監(jiān)測措施不到位導致燒嘴燒損嚴重和火焰外竄。燒嘴冷卻水管線燒漏在油氣化、煤氣化等工業(yè)裝置上較為常見，但火焰外竄不多見。由于在線監(jiān)測即時反映，可以盡早停車，避免事故發(fā)生。新疆、寧夏的油氣化裝置采用CO在線分析儀進行在線監(jiān)測，即時發(fā)現(xiàn)燒嘴冷卻水管線泄漏，避免事故發(fā)生。齊魯渣油Shell氣化裝置，由于當時未采用CO在線分析，曾出現(xiàn)外側(cè)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在線分析儀一直未投用，這是最靈敏的在線監(jiān)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，根本沒有什么反映。如果在燒嘴冷卻水管線泄漏早期發(fā)現(xiàn)，盡早停車，就不會出現(xiàn)煤氣外泄，僅需修復燒嘴冷卻水管線的局部部位，不會產(chǎn)生大的問題。在2月10日晚18點以后，A1燒嘴冷卻水出口溫度已出現(xiàn)上下波動，達10℃左右，這可能就是燒嘴冷卻水管線已發(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(jù)現(xiàn)場觀察，頂部預熱口的耐火磚未見損傷，爐內(nèi)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;斷面上沒有燒熔的金屬拉筋。沒有貫穿封堵磚整體的金屬拉筋，封堵磚的強度無法保證;沒有采用重質(zhì)澆注料，封堵磚無法耐渣的沖刷。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)過水煤漿氣化和干煤粉氣化的中試，共運行約700小時，封堵澆注料未見嚴重燒損。
鑒于以上分析，提出如下建議：
?、?對A1、A2燒嘴進行修復，燒嘴頭部腔室的水的進出口方位改為冷卻水下進上出;修復燒嘴冷卻水管的外傷;對每個燒嘴進行水壓試驗(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在線分析裝置。
⑤ 我們認為A爐結(jié)構(gòu)沒有問題。據(jù)我們掌握的操作數(shù)據(jù)(附表所示)，A爐的優(yōu)勢是較為明顯的。