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甲醇变换系统氮气加热炉缺陷分析及改进
作者：李继军 张明 来源：《硅谷》2013年第13期
摘 要 我公司二期甲醇系统氮气加热炉于2010年8月安装完成，2011年6月11日系统试车成功。前四次系统开车，基本能满足变换系统的升温要求，但在第五次开车升温时，后期出现氮气加热炉A，B两套系统升温缓慢现象，难以满足变换系统工艺需求。针对这一问题，结合我公司一期氮气加热炉的改进措施及经验，对这套系统也进行了改进和优化，取得了显著效果。
关键词 氮气加热炉；缺陷分析；改进措施
中图分类号：TQ223 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）13-0126-01 1 系统简介
我公司甲醇变换系统工艺要求变换炉操作温度约为265℃--450℃左右。为保护催化剂的活性，防止催化剂中水汽产生，变换炉进口气体温度，根据催化剂的要求，系统开车时，氮气加热炉出口温度需要升到350℃以上，确保耐硫催化剂的激活以及水煤浆气化来的煤气在变换炉中彻底反应。
二期氮气加热炉由炉体和可控硅交流调压柜组成。可控硅交流调压柜型号为：KTS（F），功率：1000 kW*2，相数：三相，输入电压：380 V，输出电压0 V -370 V，控制输入信号：4 mA -20 mA，负载连接方式：三角形，触发方式：移相调压型，调节电压输出范围：0%-95%。交流调压器回路采用三相三线制，每相配63 A熔断器。系统共分两套，每套24路，每路三相共144支路，可调功率为24*2*3*10共1440 kW，可调电流为2178 A。炉体内装有150根加热棒，其中有6根作为备用。 2 氮气加热炉的缺陷分析及改进措施 2.1 炉体检查
2012年3月中旬第五次系统开车时，后期出现氮气加热炉A，B两套系统升温缓慢现象，难以满足工艺需求。炉体检查发现：
1）氮气加热炉采用的是普通U型加热棒，有些变形甚至 烧断。
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2）氮气加热炉顶部接线腔内有少许积水，内部腔体部分锈蚀，锈蚀部分有氧化脱落现象，加热棒接线柱螺丝因锈蚀难以拆卸。
3）加热棒接线部位有些锈蚀严重，引线因过热部分烧断。
4）将锈蚀严重，引线烧断的加热棒解线，测量这些加热棒绝缘电阻，许多小于0.5兆欧甚至有些对地绝缘电阻为零。
5）炉顶电缆进线处绝缘套管封闭不严。 2.2 原因分析
以上这些检查结果表明，如果不尽快采取措施，这台氮气加热炉将不能满足使用要求，这种状况持续下去必将导致炉体大修。我们对周边兖矿鲁化、国泰化工等化工企业的氮气加热炉其电气配置、接线方式、运行状况、故障现象等进行了了解和现场查看，结合他们一些经验做法并查阅相关资料，根据二期氮气加热炉的实际状况，综合分析认为主要是以下原因造 成的。
1）氮气加热炉采用U型加热棒加热时热传导不均匀，出现局部过热现象。
2）氮气加热炉上下腔之间密封不严，加热时上腔形成的水蒸气渗透至下腔，使下腔炉体绝缘降低，并在上腔底部形成积水。
3）在下腔U型加热棒之间间隙较小，由于水蒸气的原因加热棒之间泄露电流增大，在加热炉升压过程中，加热棒之间，加热棒与炉体之间出现击穿接地。
4）加热炉升温时密闭的上腔内由于水蒸气及持续高温原因，加热棒接线处接触电阻增大，发热量大增，严重时烧坏接线甚至起火。
5）工艺人员对电气加热炉的操作步骤不熟悉，急于提升温度，电压调节过快，使部分回路熔断器因过流而熔断。
6）炉顶电缆进线处绝缘套管封闭不严，阴雨天气雨水容易渗入炉腔。 2.3 维护改进措施
1）对电气加热炉的U型加热棒重新选型进行更换。通过考察优先选用了φ30*4500 10 kW单端大功率直杆型电加热棒。具有以下优点：直杆型加热棒中心杆回路采用独螺旋电阻丝，四周发热均匀，在颅腔内加热棒之间间隙增大而且均匀，延长了其使用年限；使用过程中直杆型不容易变形，单体强度增大，也延长了其使用年限；直杆型加热棒拆装方便可以单只进行
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更换。
2）在炉体上腔底部开孔加装引流管，炉体外部引流管装截止阀。氮气加热炉投运前先打开截止阀检查上腔底部是否有积水并排除干净。
3）在氮气加热炉顶部框架上加装轴流风机，降低加热炉顶部接线腔的温度，从而防止了在升温过程中加热棒电缆及接线的损坏。
4）对炉顶电缆进线绝缘套管用防火泥进行封堵处理，杜绝阴雨天气雨水、水汽渗入炉腔。
5）每次投运前对各回路相间及各支路对地测量绝缘阻值，估计现有回路是否满足开车升温要求。不能满足升温要求时投入备用回路。
6）每次投运前检查紧固可控硅交流调压柜各回路接线，更换熔断的熔断器，更换弹簧垫片和螺杆、螺丝，减小回路接触电阻。
7）调试检验可控硅交流调压器主、辅回路工作状态正常，检查手、自动状态下各种信号传输、显示正常。在电源柜三相输出端接上三只200 W灯泡接成Y形作假性负载，在输入端送上电源。就地调节面板触发器上的调节电位器，从0 V-370 V，电压上升到输入电压的95%时，三只灯泡逐步变亮，假性负载工作正常。再把转换开关打至远控，要求工艺人员远程调控从0 V-370 V升压一次，假性负载工作与就地控制一样。
8）投运前用氮气吹扫炉腔，干燥炉腔、去除杂质气体，至少吹扫半小时后再投运氮气加热炉。
9）绝缘电阻不合格的回路，装上保险，拉开回路空开，检查回路正常，暂不投入。根据以往使用经验氮气加热炉在升温过程中这些绝缘低的回路会因为炉温的升高而绝缘回升达到合格。然后根据需要投入使用。
10）氮气加热炉投入使用后，在升温过程中加强巡检，每小时巡检一次。发现回路熔断器熔断或电流严重不平衡时应立即切断该回路电源，查明原因，故障排除后方可再次投用或投用备用回路。
3 改进效果及维护总结
我公司二期氮气加热炉通过以上针对炉体及交流调控回路的改进和维护、调整、修复，取得了良好的效果。①彻底改善了氮气加热炉炉体的通风散热、炉腔凝结水无法排除的设计缺陷；②通过更换直杆型加热棒大大改善了加热棒的使用环境，增强了加热棒之间以及加热棒与炉体之间的绝缘强度；③各回路的可用率大大提高，避免了开炉大修，延长了使用周期，节约