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蒸汽过热炉爆管原因及改造

作者: 兴罡石化设备| 时间:2017-11-24 15:21:20 | 点击次数:

 中石油兰州石化公司化肥厂合成氨装置原设计 以渣油为原料 ,生产能力为 300kt/a,1997年 12月投产,1999年达到 生产能力 。2001年 ,由于 国际市场上原油价格的上涨以及国家“西气东输”战略的需要 ,装置实施“油改气”改造 ,改用天然气替代渣油生产 。

合成氨装置蒸汽过热炉的作用是将气化单元废热锅炉产生的 10.5MPa、314oC的饱和蒸汽过热为 495oC±10oC的过热蒸汽。蒸汽过热炉原设计燃料为渣油 ,2001年合成氨装置 “油改气”后 ,改用天然气替代渣油作为加热燃料,过热炉炉体结构等保持不变 ,其他工艺条件也不变 。该蒸汽过
热炉的炉管每 12根 为一组 ,每组前 4根材质 为T22,后 8根材质为 TP304H,炉管规格为 +88.9mill×8.9mill,炉 管长度为 11010mm,整个 炉膛有 10组完全相同的炉管紧贴炉壁排列成一周 。

蒸汽过热炉爆管经过

2005年 8月 19日,合成氨装置复 工,蒸汽过热炉在蒸汽并人时 ,由于蒸汽管网压力波动,蒸汽流量变化较大 ,天然气流量调节滞后 ,造成炉膛超温(约 800oC),蒸汽过热炉炉管发生爆裂 ,抢修 3d后投人生产。2006年 6月装置停车检修时,更换全部炉管 ,7月投人生产。截至爆管时为止 ,总运行时数约 63000h,其中油改气后运行约 28000h。300mln),如图 1所示。图 1 炉管爆管口形状 图 2 蒸汽过热炉炉管变 形情 况

爆管现象及原因分析

蒸汽过热炉爆 管后将其切出 ,经检查发现一 工设备与机械专业,助理工程师,现在中石油兰州石化分公司化根蒸汽人 口管爆裂(炉管材质为 T22,裂长度300mm),如图 1所示炉管的 31.7%。并且伴有局部表面结焦 、有一定的高温氧化腐蚀现象 ,尤其是在进 口管排(材质 为T22)处 以上现象表现的尤为明显(见 图 2)。通过分 析 发现 ,由于 天然气 的燃 烧 热值 为8.4×107J/m3,渣油燃 烧热值 为 4.06×10J/rn3,天然气燃烧 的火焰 温度远 高于渣油 ,“油改气 ”后实际操作 炉膛温度较改 造前提高 了约 50℃。且由于设计原因天然气调节滞后,易出现超温现象,使过热炉炉管长期处于高温环境 ,导致其局部管径膨胀 、管壁减 薄。同时 由于操作原 因,在 2005年 4月曾经发生过过热炉严重超 温事故 (炉膛温度约 950oC),虽 当时未造成 炉管爆裂 ,但对 炉管的使用寿命造成极大影响蒸汽过热 炉炉 管材质 采用 TP304H和 T22,TP304H钢属奥氏体不锈耐热钢 ,在长期高温运行过程中组织结构不够稳定 ,会逐渐转变 ,容易产生晶问腐蚀 ,特别是在焊 口近焊缝 区及弯管后弯头处易出现晶间裂纹 ,有 时金 相组织 中还能发现晶界析出一定 的 相 ,使钢的冲击韧性值下降。T22钢属贝 氏体耐热 钢 ,其典 型组织 为回火粒状 贝氏体 +铁 素体 ,其组分是在低碳钢的基础上,添加一定的铬 、钼等合 金元素 ,以增加原子间的引力,对金属组织 中的铁素体起 固溶强化作用 ,从而提高了钢的耐热强度和抗氧化性能。该材质如果长期在高温下使用,碳化物会逐步发生球化,组织 中碳化物呈弥散分布 ,或逐渐沿晶界成链状分布并长大 ;而 固溶在 内部 的铬 、钼等合金元素原子会受热激活 ,并在应力 的作用下使 品格结构发生扩散迁移运动 ,部分合金元素原子与碳结合成为合金碳化物 。在 T22钢 中,除了合金元 素强化固溶体而提高基 体的耐热性以外 ,过饱和 固溶体中沉淀出的第二相,即沉淀强化也可以提高合金钢的耐热性 ,如六方 晶系的 Mo2C、CrTC、C 3c6等在温度较低时会起到明显的沉淀强化作用 。但由于 C c6的不稳定性 ,在温度超过 540oC时 向 C转变 ,且运行温度愈 高,相结构转变 的速度愈快,而 JⅥ6c型碳化物会使钢的耐热性 显著降低。以上种种变化过程直接影响过热炉炉管的使用性能。3 抢修情况及运行根据有 关规定 l】,,对 于工作 温度 大于等 于450oC的高温金属部件或工作压力大于等于 6MPa的承压管道和部件 ,当发现下列情况之一时 ,应及时更换 :合金钢过热器 和再 热器 管外径蠕变变形大于 2.5%;碳素钢 过热器和再 热器 管外径蠕 变变形大于 3.5%;表面有氧 化微裂纹 ;管壁 减薄到小于强率计 算 壁厚 ;石墨化达 4级 (对碳钢 和钼钢)。而该蒸汽过热炉炉管 的蠕变变形量接近上述规定的 10倍 ,因此必须对全部炉管进行更换 。但是 由于该事件是突发事件 ,事先 没有准备好 更换用的炉管 ,因此 只好割掉爆 管段 的炉管 后进行焊接 ,并且对过热炉的工艺操作进行了规范 ,杜绝超温事故发生 。考虑到加热用 的燃料改为天然气以后操作工艺条件的变化 ,原先 的炉 管材质 已经不 能满足现场实际生产 的需要 ,因此需根据实 际工 艺条件对炉管材质进行重新设计 ,使之具有耐高温性 ,高的抗拉强度 、高温蠕变和持久 强度 ,低的热膨胀性 ,良好 的导热性 、焊接性和抗 氧化性 ,高的韧性 ,且表面裂纹易被检测等优点 ,以更好 的适应 现场生产 的需要。经过对 比材料性能 ,决定采用 TP347H钢作为更新 炉管的材质。

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