国电赤峰化工30·52项目合成氨装置采用碎煤加压气化制气，粗煤气中甲烷含量15%～16%，这部分甲烷占系统总负荷的30%，从整体工艺角度和节约成本考虑，必须进行回收利用。来自液氮洗装置的富甲烷气提压、预热后，进行加氢处理，然后再经加热炉提温进入一段转化炉、二段转化炉进行甲烷转化反应，出口高温气体回收热量后，进入中变炉进行一氧化碳变换，回收热量、冷却降温之后，送低温甲醇洗装置脱除二氧化碳。
甲烷转化装置投产以来，因氧气烧嘴泄漏引发了一系列问题。随着系统原料气负荷增至17000 m3/h，二段转化炉压差逐渐上涨至0.16～0.18 MPa，2013年4月下旬二段转化炉压差更是上涨至0.25～0.28 MPa。经查阅资料，二段转化炉催化剂下部支撑为球形拱砖堆砌而成，向设计院专业技术人员咨询，系统压力在3.0 MPa时，球拱可承受最大压差为0.25 MPa，否则有垮塌的危险。二段转化炉封头打开后，现场检查发现烧嘴下部及焊口开裂，底部有裂纹；二段转化炉内上部钢玉六角砖向周边散开、疏松、孔眼堵，炉内浇筑料出现龟裂；上部Φ25 mm钢玉球基本全部破损；Z205催化剂部分破碎变白、出现内环堵塞现象；上部CN-20催化剂有轻微粘连现象且部分破损，下部CN-20催化剂粘连现象比较严重，破损也严重。
1. 氧气烧嘴泄漏
（1）原因分析：氧气烧嘴属于金属中心烧嘴，采用夹套式结构，夹套内采用循环脱盐水进行冷却。氧气烧嘴原始设计内径为90 mm，后因考虑火焰距氧气烧嘴口的距离，在氧气烧嘴底部增加了1个内径为70 mm的收缩圈，在经历多次开停车后，受温度变化剧烈、材质疲劳、通过氧气烧嘴的气体流速低，以及火焰距烧嘴口距离短的影响，氧气烧嘴底部温度过高，氧气烧嘴底部收缩圈焊口开裂，氧气穿过焊口裂纹对烧嘴形成舔烧，造成氧气烧嘴底部出现裂纹及泄漏。
（2）解决措施：查看设备图，二段转化炉燃烧室高度为2810 mm，经计算，通过控制氧气烧嘴的气体流速在50～60 m/s，可有效控制火焰距氧气烧嘴喷口的距离而又不会吹翻催化剂床层，即控制通过氧气烧嘴的流量为8000 m3/h。至今氧气烧嘴运行稳定。
2. 二段转化炉催化剂床层吹翻
（1）原因分析：一段转化炉采用换热式转化炉（赤峰当地平均气温5 ℃），为达到氧气点火温度，二段转化炉上层催化剂温度须高于520 ℃，实际操作中氧气出加热炉温度必须大于设计最高温度60～100 ℃，具备氧气点火的最低负荷控制为原料气流量2000 m3/h、蒸汽流量3800 m3/h、还原氢气流量300 m3/h，此时二段转化炉催化剂上层温度可达490～500 ℃，为达到氧气点火温度，须加大通过氧气烧嘴的蒸汽量，由此造成氧气烧嘴口处的流速过高，冲击催化剂床层。
（2）解决措施：①将还原氢气管线由DN25更换为DN50；②在原料气入一段转化炉A、B管程前各增加1个DN200阀门。其理由是：①在氧气点火前控制原料气流量为800 m3/h、还原氢气流量为1000 m3/h、蒸汽流量为2000～2500 m3/h；②在氧气点火前将一段转化炉入口阀门关至最小，避免在一段转化炉造成热量损失。采取上述措施后，现氧气点火前升温困难被迫加大通过氧气烧嘴蒸汽量的问题已得到极大缓解。
3. 部分催化剂黏连、变白，钢玉球、钢玉六角砖损坏
（1）原因分析：①由于冬季系统停车后氧气烧嘴冷却水系统无法防冻，一直保持循环和稍开导淋阀，实行边排边补的方法进行防冻，导致氧气烧嘴损坏、漏水，催化剂、钢玉球、钢玉砖泡水，开车后催化剂粉尘与蒸汽经高温作用而黏连；②二段转化炉上部Z205催化剂部分变白，是因为氧气烧嘴损坏，氧气与原料气体混合不均匀而产生高温，使二段转化炉内上部的Z205催化剂长期处于高温状态下运行，造成镍挥发迁移沉积到下部温度相对较低的催化剂表面而出现变白。
（2）解决措施：对损坏的催化剂、钢玉球、钢玉砖进行更换；氧气烧嘴冷却水系统导淋和管线的防冻形式改为伴热方式（进行密闭循环）。实施后至今催化剂及钢玉球、钢玉六角砖运行稳定。
氧气烧嘴使用情况决定着甲烷蒸汽转化装置能否稳定运行。改变操作规程和技改后，虽能使甲烷转化装置稳定运行，而未彻底解决氧气烧嘴的隐患。为此，建议：①氧气烧嘴更换为内径70 mm的，不加收缩圈；②氧气烧嘴更换为多孔烧嘴，以减少对系统稳定运行的影响。
（国电赤峰化工 吴汉伟）