李紅亮 彭宗麗 劉友恩 武成燕 秦珊（中原油田分公司石油化工總廠 河南 濮陽(yáng) 457165）

一、前言

轉(zhuǎn)化爐是制氫單元的關(guān)鍵設(shè)備，也是煉油化工企業(yè)中操作條件最苛刻的爐子之一。中原油田煉油廠制氫轉(zhuǎn)化爐采用底燒——單排管雙面輻射爐型，共有6根爐管，爐管材質(zhì)為H P40NB,規(guī)格110×14，單排管。轉(zhuǎn)化管采用上牽引下支撐結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)將其位移和膨脹量由上下尾管分擔(dān)，可以很好的防止?fàn)t管彎曲。下豬尾管和下集合管采用Incoloy800H材質(zhì)，耐高溫，強(qiáng)度好。下豬尾管采用單層保溫，下集合管為熱壁結(jié)構(gòu)，由2組彈簧吊架懸掛支撐。轉(zhuǎn)化爐自2010年10月運(yùn)行以來(lái)，共出現(xiàn)過(guò)2次下豬尾管焊縫開裂情況，為此，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行全面分析后，于2013年10月，對(duì)下部豬尾管進(jìn)行了改造，取得了理想的效果，現(xiàn)將問(wèn)題的分析及解決情況作一介紹。

二、問(wèn)題分析

2011年10月份檢修檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)下集合管在廢熱鍋爐入口處出現(xiàn)鼓脹現(xiàn)象，鼓脹量超過(guò)5%，隨委托廠家進(jìn)行更換。在更換時(shí)，按照檢修計(jì)劃，我們將下部高溫部位的所有焊口進(jìn)行了滲透探傷，檢查發(fā)現(xiàn)從南邊數(shù)第2、4根下豬尾管與爐管焊縫處有孔洞和裂紋，氮?dú)庠噳河泄呐菪孤┈F(xiàn)象，進(jìn)行了維修。2012年4月26日21:30，班組人員交接班檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)南邊第3根豬尾管與下集合管焊縫處有冒火苗的情況，判斷是焊縫泄漏。在安排好維修力量后，遂于28日進(jìn)行了檢修。檢修探傷時(shí)發(fā)現(xiàn)此焊縫為開裂裂紋，另外還有5處為裂紋和氣孔缺陷，都一并進(jìn)行了維修。

轉(zhuǎn)化爐下豬尾管焊口在一年半的時(shí)間內(nèi)相繼出現(xiàn)孔洞和開裂缺陷，嚴(yán)重的影響了轉(zhuǎn)化爐的長(zhǎng)周期安全平穩(wěn)運(yùn)行。分析造成缺陷的原因，我們認(rèn)為主要由以下幾點(diǎn)：

1.爐膛、爐出口溫度波動(dòng)大時(shí)有超溫現(xiàn)象。

設(shè)計(jì)爐膛溫度為1200℃，爐出口最高溫度為830℃，操作時(shí)不好兼顧這兩個(gè)溫度。目前，一般處理量大的轉(zhuǎn)化爐都首先采用頂燒式爐型，側(cè)燒式次之，主要原因是從上部3米處反應(yīng)最激烈，吸熱量也大，這兩種爐子結(jié)構(gòu)可以更好的滿足反應(yīng)熱量的需求，而且底部出口溫度也可以降下來(lái)，下豬尾管的使用溫度較低，材料性能更好。采用底燒式時(shí)，為了滿足反應(yīng)熱的需要，爐子底部溫度較高。從H P40的最高設(shè)計(jì)使用溫度為1100℃來(lái)看，爐膛設(shè)計(jì)溫度1200℃顯得稍高，一般爐膛溫度比爐管溫度高20--80℃.從2011年檢修以前的操作實(shí)際測(cè)溫來(lái)看，當(dāng)爐膛溫度為1130℃時(shí)，爐管外壁溫度為1050℃，按照爐管內(nèi)外壁溫差100℃來(lái)看，出口溫度要遠(yuǎn)比830℃高，大概在950℃，也就是Incoloy800H 的最高使用溫度。另外，一般關(guān)系溫度是按照膨脹情況設(shè)計(jì)的，如果溫度高，膨脹量會(huì)比原設(shè)計(jì)的大，下豬尾管變形量大，焊縫處應(yīng)力會(huì)變大，在高溫下使用會(huì)開裂。因此，最高的爐膛溫度定在1030～1050℃應(yīng)該是合適的，能同時(shí)滿足爐管和豬尾管的溫度要求。

2.下豬尾管的結(jié)構(gòu)有待調(diào)整

爐管采用上懸掛下支撐結(jié)構(gòu)，下集合管采用2組彈簧吊掛懸掛支撐，固定點(diǎn)在廢熱鍋爐入口處。爐管出口管系的膨脹吸收從使用情況來(lái)看較好，沒(méi)有出現(xiàn)變形。但是，下集合管的2個(gè)彈簧吊掛調(diào)整的力偏大，而且彈簧吊掛與管子連接采用的方式是卡箍，管子在卡箍?jī)?nèi)不能自由的移動(dòng)，就拉著吊掛一起移動(dòng)，造成下集合管橫向自由膨脹時(shí)受限，整體往上偏，兩端最大偏移量約有6mm，中間往下凹。在施工時(shí)，由于廢熱鍋爐的中心比下集合管的中心偏高3mm左右，焊接時(shí)爐管也只能往上偏。以上兩種因素，造成下豬尾管往下的膨脹受限，在焊口上部應(yīng)力較大，容易出現(xiàn)開裂。從兩次的維修情況來(lái)看，缺陷也都出現(xiàn)在上下焊口處的上部。因此，需要改變下豬尾管的結(jié)構(gòu)，從而改善其受力。

3.焊縫處可能存在焊接缺陷

下豬尾管采用氬弧焊技術(shù)，為單面焊雙面成型。爐管和下集合管有焊接成型的凸臺(tái)，豬尾管與其焊接采用承插焊，承插焊時(shí)留有2mm的間隙。焊接要在無(wú)風(fēng)的條件下進(jìn)行。焊接采用兩次成型，每次焊后都要做滲透探傷檢驗(yàn)，存在裂紋缺陷的可能性不大，但在收弧和起弧的地方可能存在加鎢的現(xiàn)象，滲透探不到，使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)孔洞缺陷。

三、處理措施

1.在保證處理量和轉(zhuǎn)化效果的前提下，盡量降低爐膛和爐出口的操作溫度。2011年檢修完后，操作溫度降了80℃左右，轉(zhuǎn)化氣的甲烷含量能控制在指標(biāo)之內(nèi)。

2.調(diào)整好爐管出口管系的膨脹吸收量，盡量能讓其整體向下膨脹，而不能只靠下豬尾管去變形吸收膨脹量。由于爐子較小，下部安裝空間小，下豬尾管的尺寸設(shè)計(jì)的也小，變形后對(duì)焊口的作用力較大。因此，改變下豬尾管結(jié)構(gòu)，能更好的吸收此處的應(yīng)力。在2013年10月檢修時(shí)，我們更換了下豬尾管，由原來(lái)的門子形改為門子形加歐米格形，這樣，焊口的外加應(yīng)力會(huì)小很多。

3.加強(qiáng)監(jiān)護(hù)運(yùn)行。班組除正常巡檢外，每個(gè)班特護(hù)一次；技術(shù)人員每周點(diǎn)檢一次，此制度從2011年初已經(jīng)執(zhí)行，效果很好，出現(xiàn)問(wèn)題能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

總結(jié)

門子形加歐米格形豬尾管結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)化爐上的應(yīng)用，增加了豬尾管的長(zhǎng)度，從而改善了豬尾管焊縫處的受力，解決了局部應(yīng)力過(guò)大的問(wèn)題，確保了制氫轉(zhuǎn)化爐的長(zhǎng)周期安全運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)，也可為國(guó)內(nèi)其它同類型裝置豬尾管的選型及改造提供一定的經(jīng)驗(yàn)。

[1]王桐海，制氫轉(zhuǎn)化爐Incoloy800H合金下豬尾管斷裂分析，化工機(jī)械，天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院出版社.

[2]錢家麟等，管式加熱爐（第二版），中國(guó)石化出版社，2009.