渣油加氫裝置反應(yīng)進(jìn)料加熱爐管彎曲問題分析

摘 要：文章通過對某廠渣油加氫裝置反應(yīng)進(jìn)料加熱爐管彎曲問題進(jìn)行分析，闡釋了導(dǎo)致爐管彎曲的幾種因素，并有針對性地提出了相應(yīng)的改善方法。

關(guān)鍵詞：爐管彎曲;偏流;熱應(yīng)力;支架

1 前言

加氫反應(yīng)進(jìn)料加熱爐是加氫裝置中必不可少的核心設(shè)備之一，是原料油升溫至反應(yīng)溫度的核心熱源，是保證裝置安全有效運行的基本熱量來源。該裝置為爐前混氫工藝，因介質(zhì)較重，易結(jié)焦且為兩相流，為了避免出現(xiàn)不利流型，選用單排雙面輻射臥管立式爐，以滿足工藝需要。

為提高反應(yīng)進(jìn)料加熱爐高合金爐管的利用率，同時解決管系的膨脹問題，將原料段只布置在輻射室?？紤]到爐管在高度方向受熱均勻問題、管架的膨脹問題以及爐管的穩(wěn)定問題，輻射管排的高度設(shè)置為5.3m，爐管長度22m，等間距設(shè)置8組滾動支撐，在加熱爐壁進(jìn)出口設(shè)置導(dǎo)向管。加熱爐進(jìn)出口管道在爐前設(shè)置有水平及垂直平面內(nèi)的“π”型彎，并設(shè)有彈簧支架，以減小管道與加熱爐管的熱脹對爐管的影響。

2 概況

2.1 加熱爐管檢測

圖1? 輻射室內(nèi)“架空”故障爐管照片

圖2? 一層平臺看火孔測試點分布圖及測試數(shù)據(jù)-1

該裝置在投產(chǎn)2年6個月后的一次巡檢中發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)進(jìn)料加熱爐F-101輻射室部分爐管出現(xiàn)架空懸空故障。其中 F-101Ⅱ輻射室目視可見臥式爐管脫離支撐架托懸在空中，爐管彎曲變形明顯（見圖1）。

裝置于6月20日進(jìn)行了相應(yīng)的工藝降溫處理。某設(shè)備研究所節(jié)能環(huán)境監(jiān)測中心于2018年6月21日對該爐Ⅰ/Ⅱ兩個輻射室的爐管進(jìn)行了全面紅外熱成像測試。

測得渣油加氫裝置反應(yīng)進(jìn)料加熱爐F-101看火孔爐管表面溫度數(shù)據(jù)如圖2。

根據(jù)測得的數(shù)據(jù)繪制爐管溫度趨勢圖如圖3。

圖3? F-101Ⅰ爐管東西側(cè)面溫度趨勢

2.2 加熱爐進(jìn)出口管道研究

加熱爐結(jié)構(gòu)為頂部兩個水平入口和底部兩個水平出口，爐管水平布置。

由于渣油粘度高，易發(fā)生偏流現(xiàn)象，加熱爐進(jìn)出口管道嚴(yán)格對稱布置，且符合工藝包的直管段要求。加熱爐進(jìn)出口管道與加熱爐管作為一個整體，采用Caesar II工程軟件進(jìn)行了全面的應(yīng)力分析，在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置導(dǎo)向及限位支架，避免操作工況下管道熱脹對加熱爐管產(chǎn)生附加應(yīng)力。

加熱爐管發(fā)生彎曲變形以后，管道設(shè)計及應(yīng)力工程師對該管系進(jìn)行了應(yīng)力核算，確認(rèn)支架設(shè)置無問題，未對加熱爐管產(chǎn)生額外的作用力。現(xiàn)場也對加熱爐進(jìn)出口管道的支架進(jìn)行了全面檢查，確認(rèn)管道支架的形式與安裝無問題，彈簧熱位移與設(shè)計值相符，未出現(xiàn)脫空或卡死的情況。

3 結(jié)論

3.1 加熱爐管

①渣油加氫反應(yīng)進(jìn)料加熱爐F-101為單排臥管雙面輻射底燒方箱加熱爐，其輻射室爐管材質(zhì)為TP347H，該爐管材質(zhì)最高使用溫度為 815℃，抗氧化極限溫度為850℃，此爐前混氫爐管正常最高管壁金屬溫度為 570℃。測試工況條件下，輻射室爐管表面溫度的綜合算術(shù)平均值分布在496℃～566℃之間，屬正常操作狀態(tài);

②根據(jù)反應(yīng)進(jìn)料加熱爐 F-101輻射室四周看火孔的爐管表面溫度測試數(shù)據(jù)，F(xiàn)101輻射室爐管東西兩側(cè)面外壁表面溫度趨勢分布不均勻的情況，判斷 F-101 輻射室部分爐管出現(xiàn)架空懸空故障與燃燒器火焰燃燒不均勻和爐管表面受熱不均等因素有關(guān);

③根據(jù)現(xiàn)場檢查，加熱爐管穿墻導(dǎo)向管的情況，F(xiàn)-101Ⅱ 輻射室南端穿墻導(dǎo)向管底部與爐管接觸面明顯緊于F-101Ⅰ輻射室南端穿墻導(dǎo)向管底部與爐管接觸面，判斷爐管穿墻處定位安置不合理，穿墻導(dǎo)向管上部開口間距大，表明穿墻處產(chǎn)生卡阻進(jìn)而造成爐管撓性彎曲的可能性較大，而且隨著爐管溫度升高，撓性彎曲會逐漸增大。力系缺陷造成爐管位移未能完全吸收爐管的受熱變形，從而導(dǎo)致部分爐管彎曲變形架空懸空。

3.2 加熱爐進(jìn)出口管道

依本文2.2條所述，加熱爐進(jìn)出口管道完全對稱布置，且合理地采用了導(dǎo)向和限位支架，確保工藝管道在操作工況下不對加熱爐管產(chǎn)生額外的附加力。支架設(shè)置合理，彈簧工作正常，可以初步排除由于工藝管道的原因?qū)е录訜釥t管的彎曲變形。

3.3 加熱爐管結(jié)焦

根據(jù)以往經(jīng)驗，渣油加氫裝置反應(yīng)進(jìn)料加熱爐管易發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象，且一旦發(fā)生，發(fā)展速度非?？?。如果兩側(cè)爐管內(nèi)部的結(jié)焦程度不同，更容易導(dǎo)致偏流加劇。由于爐管內(nèi)部結(jié)焦不均勻，就可能導(dǎo)致爐管周向受熱不均，從而引起爐管的彎曲變形。

4 解決方案

綜上所屬，對于加熱爐管，建議：

①控制爐管周向溫差，盡量保證爐膛內(nèi)爐管周向溫度分布均勻;在工藝條件不變的情況下，加強燃燒器的調(diào)節(jié)，使輻射室內(nèi)溫度熱場分布均勻;

②采用紅外熱成像定期跟蹤監(jiān)測，以便及時掌握故障爐管的溫度變化趨勢;

③對輻射室南端穿墻導(dǎo)向管處的爐管進(jìn)行劃線定位，由當(dāng)班操作員巡檢時檢查爐管是否有過軸向位移，進(jìn)而確定是否存在穿墻處截面卡阻限制因素;

④在大修期間需對爐管進(jìn)行宏觀檢查、管徑測量、超聲波測厚、硬度試驗、金相組織等分析;并對輻射室南端出口爐管處的力系設(shè)計進(jìn)行確認(rèn);

⑤在大修期間對彎曲變形嚴(yán)重的管道內(nèi)部進(jìn)行檢查，確認(rèn)是否存在結(jié)焦嚴(yán)重不對稱的情況，再根據(jù)實際情況研究分析解決的方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳孫藝.加熱爐管的失效形式及分析[J].乙烯工藝，2007.

[2]章許云.管式加熱爐爐管結(jié)焦分析[J].安全密封，2010.

作者簡介：

崔芳（1986- ），女，漢族，河北涿州人，碩士學(xué)歷，中石化洛陽工程有限公司，工程師，研究方向：石油化工管道設(shè)計。