制硫燃烧炉因耐火炉衬施工不规范导致钢壳烧穿的原因

制硫燃烧炉炉膛内正常操作温度为1300℃炉壁设计温度为300℃，最高工作压力 0.06MPaG，设计压力0.25MPaG。钢壳体按照GB150-1998《钢制压力容器》设计和制造，钢壳体内径为 Ф3100，厚度为18mm，燃烧器连接口直径Ф1600，厚度为18mm。钢壳体端部采用椭圆封头，厚度为18mm，材料均为16MnR。

钢壳体筒体段耐火衬里分3层（见图）最外层为轻质漂珠浇注料衬里，厚度为80mm；最内层为刚玉砖，厚度为145mm；中间层为高铝质浇注料，厚度为150mm，刚玉砖层与中间层的间隙为5mm。

炉体烧穿处为钢壳体的过渡段，耐火衬里分3层，最外层为轻质漂珠浇注料衬里，厚度为 80mm；最内层为刚玉质高强耐火浇注料，厚度为150mm；中间层为高铝质浇注料。厚度随部位不同而变化，利用Φ8mm 锚固钉加强与壳体的联结，锚固钉底部材质采用 0Cr18Ni9，端部材质为 0Cr25Ni20，锚固钉从根部到端部长 350mm，设计间距为 200×200mm。依据GB50211-2004《工业炉砌筑工程施工及验收规范》进行筑炉施工。

事故发生后，公司相关技术部门以及施工人员到场进行了查看分析。经过分析原因如下。

（1）从炉温的曲线看，没有出现急冷急热状况，可以排除操作问题。

（2）过渡段最内层耐火衬里采用刚玉质高强耐火浇注料，其强度和抗冲蚀能力小于刚玉砖，是导致耐火衬里脱落原因之一。从制硫燃烧炉可以看出，燃烧器周边炉膛温度达1400℃以上，并随轴向方向降低。从燃烧器模拟流速图显示可以看出，在燃烧器周边流速很大，最高流速可达10m/s 以上，对周边的耐火衬里具有很大的冲刷力。因此，燃烧器周边区域是整个制硫燃烧炉工况条件最为恶劣的区域，在此区域，冲刷、侵蚀、热震3种破坏同时存在。特别是冲刷和侵蚀，此区域对耐火衬里造成的破坏作用十分巨大。

由于硫燃烧炉筒体部分耐火衬里采用内砌外浇结构，衬里总厚度为380mm。最内层采用刚玉砖，过渡段最内层采用刚玉质高强耐火浇注料。刚玉质高强耐火浇注料的强度、耐热温度以及抗冲刷和侵蚀性能显然低于刚玉砖，过渡段最内层采用刚玉质高强耐火浇注料显然是不合适的。

（3）在设计过渡段锚固钉布置方面，锚固钉设计的规格尺寸、布置密度和数量未发现原则性问题。但在浇注料的设计上，此部位的浇注料厚度超过 380mm，易产生裂纹。

（4）炉体耐火衬里施工不规范，也是造成本次事故的主要原因之一。在详细设计图纸中，过渡段的锚固钉间距设计为 200×200mm，现场实测数据环向间距达到了 260～270mm，没有按照设计图纸制造。同时也违反了 HG/T20541-2006《化学工业炉结构设计规定》中，耐火浇注料的锚固钉布置间距炉壁不应超过300mm、炉顶不应超过 230mm 的规定。

（5）现场检查发现，耐火衬里未按图纸施工，部分衬里由 3 层改为2层浇注料。浇注料最厚部位达470mm，而此处锚固钉长度为 350mm，如此厚的耐火层更易产生裂纹。

（6）由于炉体尺寸较小，锚固钉比较密集，浇注料施工时存在未捣实问题。从脱落浇注料块外观来看，其浇注密实度较差，也是造成浇注料产生裂缝，并脱落的主要原因之一