摘要 通過(guò)對(duì)催化裂化裝置輔助燃燒爐點(diǎn)火失敗的原因分析，發(fā)現(xiàn)點(diǎn)火器設(shè)計(jì)上不合理之處，并提出改進(jìn)方案。實(shí)踐表明，改造方案切實(shí)可行。
關(guān)鍵詞 催化裂化 輔助燃燒爐 點(diǎn)火器 改造
1前言
滄州分公司50萬(wàn)噸/年催化裂化裝置輔助燃燒爐使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)其點(diǎn)火成功率非常低，每次裝置開(kāi)工時(shí)，都要讓有經(jīng)驗(yàn)的操作人員重復(fù)十幾次，甚至數(shù)十次才能點(diǎn)火成功。而輔助燃燒爐在裝置開(kāi)工過(guò)程中占有重要地位，只有點(diǎn)燃輔助燃燒爐，才能進(jìn)行兩器升溫及開(kāi)工的后續(xù)工作。針對(duì)這種情況，在詳細(xì)分析點(diǎn)火過(guò)程及點(diǎn)火失敗原因后，對(duì)點(diǎn)火方式進(jìn)行大膽改進(jìn)，取得了較好效果。
輔助燃燒爐設(shè)計(jì)采用圖1所示型式，可單獨(dú)燒瓦斯或輕柴油，或同時(shí)燃燒兩種燃料。

圖1 輔助燃燒室簡(jiǎn)圖
2 原因分析
輔助燃燒爐點(diǎn)火原理是：首先在點(diǎn)火器導(dǎo)管內(nèi)充滿空氣，之后引瓦斯進(jìn)入導(dǎo)管，瓦斯與導(dǎo)管內(nèi)空氣混合，在點(diǎn)火電嘴處的電火花作用下，瓦斯和空氣混合物被點(diǎn)燃。火焰在導(dǎo)管內(nèi)傳播，并在導(dǎo)管出口處形成穩(wěn)定火焰。從原理上看，此種點(diǎn)火方式比較簡(jiǎn)便易行，但在實(shí)際操作中，受各種因素的制約，使用效果并不是很好。
輔助燃燒爐點(diǎn)火器的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2

圖2 點(diǎn)火器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
2.1輔助燃燒爐點(diǎn)火步驟是：
2.1.1打開(kāi)一次風(fēng)吹掃爐膛3－5分鐘，然后關(guān)小至1～2扣，開(kāi)
點(diǎn)火空氣閥門(mén)放空，使瓦斯導(dǎo)管內(nèi)充滿空氣后，關(guān)閉點(diǎn)火空氣閥門(mén)。
2.1.2點(diǎn)火時(shí)，一人先按打火器按鈕，觀察是否產(chǎn)生電火花，待電打火器打火后，另一人同時(shí)打開(kāi)瓦斯閥門(mén)，瓦斯燃燒后，關(guān)閉電打火。
2.1.3如果火未點(diǎn)著，立即關(guān)閉電打火器和瓦斯閥門(mén)，開(kāi)一次風(fēng)閥，吹掃爐膛3～5分鐘。再重復(fù)上述步驟直至點(diǎn)燃為止。
2.2 從點(diǎn)火器結(jié)構(gòu)和點(diǎn)火方式方面分析，影響點(diǎn)火成功的原因有以下幾方面：
2.2.1點(diǎn)火變壓器或高壓電纜斷路或損壞，沒(méi)有高壓輸出。
2.2.1點(diǎn)火電極損壞，不能產(chǎn)生電火花。
2.2.3瓦斯壓力不穩(wěn)或瓦斯帶水。
2.2.4一次風(fēng)量太大，將火焰吹滅。
2.2.5點(diǎn)火槍氣路不暢通。
2.2.6點(diǎn)火時(shí)機(jī)把握不準(zhǔn)，電火花發(fā)生于空氣環(huán)境或純瓦斯環(huán)境。
2.2.7點(diǎn)火瓦斯無(wú)法和空氣充分混合，瓦斯缺氧無(wú)法維持燃燒。
2.2.8電火花點(diǎn)燃瓦斯后，火焰在傳播過(guò)程中熄滅。
其中前5項(xiàng)原因可以在開(kāi)工準(zhǔn)備階段排除，既使點(diǎn)火過(guò)程中發(fā)生，也可以很快將問(wèn)題解決。在排除了前5項(xiàng)可能因素后，焦點(diǎn)集中在了6、7、8三項(xiàng)。
點(diǎn)火前，開(kāi)空氣放空閥，將導(dǎo)管內(nèi)部瓦斯吹掃干凈后，關(guān)閉放空閥，此時(shí)導(dǎo)管內(nèi)全部是空氣。開(kāi)瓦斯閥后，瓦斯進(jìn)入導(dǎo)管，由于導(dǎo)管管徑較小，內(nèi)徑僅有15mm，瓦斯不易擴(kuò)散，在狹小管路空間內(nèi)與空氣一邊進(jìn)行部分混合，一邊將空氣趕入爐膛。
為便于分析，假設(shè)瓦斯在導(dǎo)管內(nèi)呈活塞流狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，瓦斯和空氣混合物中瓦斯超過(guò)一定濃度時(shí)，混合物因缺氧無(wú)法燃燒，此時(shí)的瓦斯和空氣混合物視為純瓦斯；瓦斯?jié)舛鹊陀邳c(diǎn)火濃度時(shí)，瓦斯和空氣的混合物視為空氣。純瓦斯和純空氣均不能被點(diǎn)燃。
這樣就可以把瓦斯在導(dǎo)管內(nèi)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為三個(gè)階段：混合階段、點(diǎn)火階段、火焰?zhèn)鞑ルA段。A-B階段瓦斯和空氣進(jìn)行混合，B-C階段電火花將瓦斯空氣混合物點(diǎn)燃后，進(jìn)入C-D之間的火焰?zhèn)鞑ルA段，混合物在管路運(yùn)動(dòng)中燃燒，并產(chǎn)生CO2，而CO2有使燃燒熄滅的趨勢(shì)，隨后進(jìn)入爐膛，整個(gè)過(guò)程如圖3所示。

圖3 導(dǎo)管內(nèi)瓦斯運(yùn)動(dòng)過(guò)程
有關(guān)資料表明，管道直徑對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣扔忻黠@影響，傳播速度隨管道直徑減少而減慢，當(dāng)管徑小到某種程度時(shí)，火焰在管路中不能燃燒。下面數(shù)據(jù)可以提供參考，見(jiàn)表1。
表1 可燃?xì)怏w火焰在25.4mm管道中的燃燒速度
氣體名稱(chēng) 含量/(%) *大火焰?zhèn)鞑ニ俣?(m/s)
甲烷 9.8 0.67
乙烷 6.5 0.85
丙烷 4.6 0.82
丁烷 3.6 0.82

上表是火焰在管道中傳播速度的上限,為設(shè)計(jì)者提供的依據(jù)。本點(diǎn)火器火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x為1.7m，按混合氣中火焰?zhèn)鞑ニ俣?快的乙烷的傳播速度粗略計(jì)算，火焰在長(zhǎng)1.7m 管徑為25.4mm的導(dǎo)管內(nèi)完成傳播過(guò)程，至少需要2秒鐘，何況本燃燒器瓦斯導(dǎo)管內(nèi)徑僅為15 mm，由此推斷，本燃燒器火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)2秒鐘。
在火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程中存在種種變化。點(diǎn)火瞬間，火焰在導(dǎo)管內(nèi)傳播存在如下可能：
如果瓦斯閥前壓力高和瓦斯閥門(mén)開(kāi)的太快，瓦斯在導(dǎo)管內(nèi)流動(dòng)速度快，經(jīng)過(guò)A-B階段時(shí)間極短，瓦斯和空氣混合程度很小，形不成可燃?xì)怏w，就過(guò)了B-C點(diǎn)火階段，點(diǎn)火自然不能成功。如果瓦斯閥前壓力低或閥門(mén)開(kāi)啟慢，瓦斯在導(dǎo)管內(nèi)流動(dòng)速度慢，A-B階段形成的可燃?xì)怏w被電火花點(diǎn)燃后，通過(guò)C-D火焰?zhèn)鬏旊A段的時(shí)間較長(zhǎng)，可燃?xì)怏w充分燃燒完畢后熄滅或者在燃燒產(chǎn)生的CO2作用下熄滅，二者均能造成點(diǎn)火失敗，如圖4所示。只有在火焰順利通過(guò)C-D傳播階段，進(jìn)入爐膛，導(dǎo)管內(nèi)混合氣后面的瓦斯才有機(jī)會(huì)和大量空氣混合，進(jìn)而維持火焰燃燒。
火焰鋒

瓦斯 混合氣 燃燒生產(chǎn)物 空氣

圖4 火焰?zhèn)鞑ナ疽鈭D

由此可以看出，點(diǎn)火器點(diǎn)火成功的條件是：既要使瓦斯和空氣有形成足夠可燃?xì)怏w的時(shí)間，又要保證火焰在傳播過(guò)程中不熄滅。而這僅靠手動(dòng)控制閥門(mén)開(kāi)度是不容易實(shí)現(xiàn)的。
此種型式點(diǎn)火器結(jié)構(gòu)上決定了點(diǎn)火條件很苛刻，致使點(diǎn)火成功率低。因此，有必要對(duì)點(diǎn)火器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。
3 改造方案
設(shè)想如果能將點(diǎn)火電嘴移至瓦斯導(dǎo)管尾部，去掉火焰?zhèn)鞑ルA段，排除了火焰在傳播階段熄滅的可能，同時(shí)導(dǎo)管出口有大量的空氣和瓦斯混合，產(chǎn)生可燃?xì)怏w比在導(dǎo)管內(nèi)狹小空間內(nèi)產(chǎn)生的可燃?xì)怏w多，有利于點(diǎn)火成功。由于點(diǎn)火電嘴已經(jīng)固定，必須從其它方面想辦法。增加一個(gè)機(jī)構(gòu)，使之能夠在點(diǎn)火器瓦斯導(dǎo)管出口附近產(chǎn)生電火花，依靠電火花把導(dǎo)管出口的瓦斯點(diǎn)燃。如果能成功，將是非常好的解決辦法。
4 方案實(shí)施
采用新型點(diǎn)火槍?zhuān)擖c(diǎn)火槍足夠長(zhǎng)，能夠從燃燒爐筒體外插入爐膛內(nèi)瓦斯噴嘴處。點(diǎn)火槍設(shè)計(jì)外有套管，內(nèi)用磁環(huán)絕緣，經(jīng)過(guò)變壓器調(diào)壓的電源被導(dǎo)入點(diǎn)火槍的點(diǎn)火電極處，在那里形成高壓，通過(guò)高壓放電產(chǎn)生電火花。通過(guò)調(diào)整點(diǎn)火槍的插入位置，就可以在瓦斯導(dǎo)管出口附近產(chǎn)生電火花。
為了安裝點(diǎn)火槍?zhuān)b置檢修時(shí)，在燃燒爐筒體和擋風(fēng)罩上開(kāi)孔，增設(shè)點(diǎn)火槍導(dǎo)管，見(jiàn)圖1。安裝點(diǎn)火槍時(shí)測(cè)定點(diǎn)火槍的伸入距離，使點(diǎn)火電極處于瓦斯進(jìn)入爐膛的出口處，在點(diǎn)火槍上作出標(biāo)記后，取出點(diǎn)火槍。為便于點(diǎn)火槍安裝和拆卸，在點(diǎn)火槍導(dǎo)管閥門(mén)后增設(shè)填料密封機(jī)構(gòu)。需要點(diǎn)火時(shí)，將點(diǎn)火槍插入填料盒后面的導(dǎo)管后，適當(dāng)壓緊填料盒盤(pán)根。開(kāi)點(diǎn)火槍導(dǎo)管閥門(mén)，根據(jù)事先做的標(biāo)記，將點(diǎn)火槍插入爐膛合適位置后按步驟點(diǎn)火，如圖5所示。為防止火焰燒損點(diǎn)火槍?zhuān)c(diǎn)火成功后，需將點(diǎn)火槍取出。有了增設(shè)的填料密封機(jī)構(gòu)，可以很方便的取出點(diǎn)火槍。

圖5 點(diǎn)火槍安裝簡(jiǎn)圖
5 改造效果
經(jīng)過(guò)改造的點(diǎn)火裝置投用后，點(diǎn)火成功率近乎100％。由于輔助燃燒爐點(diǎn)火一次成功，避免了在點(diǎn)火過(guò)程中浪費(fèi)寶貴的時(shí)間和精力，為裝置開(kāi)工的后續(xù)工作創(chuàng)造了條件，明顯縮短了催化裂化裝置開(kāi)工時(shí)間。
6 存在問(wèn)題
本次改造的缺陷是，由于點(diǎn)火槍伸入爐膛，為防止燒損，點(diǎn)火成功后，需要將點(diǎn)火槍從爐膛內(nèi)取出。

參考文獻(xiàn)
1 石油化工安全技術(shù).中國(guó)石化出版社
2 流化催化裂化.中國(guó)石化出版社

作者簡(jiǎn)介：
袁文忠，工程師，1991年畢業(yè)于撫順石油學(xué)院化工機(jī)械專(zhuān)業(yè)，一直從事石油化工設(shè)備技術(shù)管理工作。