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蒸汽過熱爐爆管原因及改造

作者: 興罡石化設備| 時間:2017-11-24 15:21:20 | 點擊次數:

 中石油蘭州石化公司化肥廠合成氨裝置原設計 以渣油為原料 ,生產能力為 300kt/a,1997年 12月投產,1999年達到 生產能力 。2001年 ,由于 國際市場上原油價格的上漲以及國家“西氣東輸”戰略的需要 ,裝置實施“油改氣”改造 ,改用天然氣替代渣油生產 。

合成氨裝置蒸汽過熱爐的作用是將氣化單元廢熱鍋爐產生的 10.5MPa、314oC的飽和蒸汽過熱為 495oC±10oC的過熱蒸汽。蒸汽過熱爐原設計燃料為渣油 ,2001年合成氨裝置 “油改氣”后 ,改用天然氣替代渣油作為加熱燃料,過熱爐爐體結構等保持不變 ,其他工藝條件也不變 。該蒸汽過
熱爐的爐管每 12根 為一組 ,每組前 4根材質 為T22,后 8根材質為 TP304H,爐管規格為 +88.9mill×8.9mill,爐 管長度為 11010mm,整個 爐膛有 10組完全相同的爐管緊貼爐壁排列成一周 。

蒸汽過熱爐爆管經過

2005年 8月 19日,合成氨裝置復 工,蒸汽過熱爐在蒸汽并人時 ,由于蒸汽管網壓力波動,蒸汽流量變化較大 ,天然氣流量調節滯后 ,造成爐膛超溫(約 800oC),蒸汽過熱爐爐管發生爆裂 ,搶修 3d后投人生產。2006年 6月裝置停車檢修時,更換全部爐管 ,7月投人生產。截至爆管時為止 ,總運行時數約 63000h,其中油改氣后運行約 28000h。300mln),如圖 1所示。圖 1 爐管爆管口形狀 圖 2 蒸汽過熱爐爐管變 形情 況

爆管現象及原因分析

蒸汽過熱爐爆 管后將其切出 ,經檢查發現一 工設備與機械專業,助理工程師,現在中石油蘭州石化分公司化根蒸汽人 口管爆裂(爐管材質為 T22,裂長度300mm),如圖 1所示爐管的 31.7%。并且伴有局部表面結焦 、有一定的高溫氧化腐蝕現象 ,尤其是在進 口管排(材質 為T22)處 以上現象表現的尤為明顯(見 圖 2)。通過分 析 發現 ,由于 天然氣 的燃 燒 熱值 為8.4×107J/m3,渣油燃 燒熱值 為 4.06×10J/rn3,天然氣燃燒 的火焰 溫度遠 高于渣油 ,“油改氣 ”后實際操作 爐膛溫度較改 造前提高 了約 50℃。且由于設計原因天然氣調節滯后,易出現超溫現象,使過熱爐爐管長期處于高溫環境 ,導致其局部管徑膨脹 、管壁減 薄。同時 由于操作原 因,在 2005年 4月曾經發生過過熱爐嚴重超 溫事故 (爐膛溫度約 950oC),雖 當時未造成 爐管爆裂 ,但對 爐管的使用壽命造成極大影響蒸汽過熱 爐爐 管材質 采用 TP304H和 T22,TP304H鋼屬奧氏體不銹耐熱鋼 ,在長期高溫運行過程中組織結構不夠穩定 ,會逐漸轉變 ,容易產生晶問腐蝕 ,特別是在焊 口近焊縫 區及彎管后彎頭處易出現晶間裂紋 ,有 時金 相組織 中還能發現晶界析出一定 的 相 ,使鋼的沖擊韌性值下降。T22鋼屬貝 氏體耐熱 鋼 ,其典 型組織 為回火粒狀 貝氏體 +鐵 素體 ,其組分是在低碳鋼的基礎上,添加一定的鉻 、鉬等合 金元素 ,以增加原子間的引力,對金屬組織 中的鐵素體起 固溶強化作用 ,從而提高了鋼的耐熱強度和抗氧化性能。該材質如果長期在高溫下使用,碳化物會逐步發生球化,組織 中碳化物呈彌散分布 ,或逐漸沿晶界成鏈狀分布并長大 ;而 固溶在 內部 的鉻 、鉬等合金元素原子會受熱激活 ,并在應力 的作用下使 品格結構發生擴散遷移運動 ,部分合金元素原子與碳結合成為合金碳化物 。在 T22鋼 中,除了合金元 素強化固溶體而提高基 體的耐熱性以外 ,過飽和 固溶體中沉淀出的第二相,即沉淀強化也可以提高合金鋼的耐熱性 ,如六方 晶系的 Mo2C、CrTC、C 3c6等在溫度較低時會起到明顯的沉淀強化作用 。但由于 C c6的不穩定性 ,在溫度超過 540oC時 向 C轉變 ,且運行溫度愈 高,相結構轉變 的速度愈快,而 JⅥ6c型碳化物會使鋼的耐熱性 顯著降低。以上種種變化過程直接影響過熱爐爐管的使用性能。3 搶修情況及運行根據有 關規定 l】,,對 于工作 溫度 大于等 于450oC的高溫金屬部件或工作壓力大于等于 6MPa的承壓管道和部件 ,當發現下列情況之一時 ,應及時更換 :合金鋼過熱器 和再 熱器 管外徑蠕變變形大于 2.5%;碳素鋼 過熱器和再 熱器 管外徑蠕 變變形大于 3.5%;表面有氧 化微裂紋 ;管壁 減薄到小于強率計 算 壁厚 ;石墨化達 4級 (對碳鋼 和鉬鋼)。而該蒸汽過熱爐爐管 的蠕變變形量接近上述規定的 10倍 ,因此必須對全部爐管進行更換 。但是 由于該事件是突發事件 ,事先 沒有準備好 更換用的爐管 ,因此 只好割掉爆 管段 的爐管 后進行焊接 ,并且對過熱爐的工藝操作進行了規范 ,杜絕超溫事故發生 ??紤]到加熱用 的燃料改為天然氣以后操作工藝條件的變化 ,原先 的爐 管材質 已經不 能滿足現場實際生產 的需要 ,因此需根據實 際工 藝條件對爐管材質進行重新設計 ,使之具有耐高溫性 ,高的抗拉強度 、高溫蠕變和持久 強度 ,低的熱膨脹性 ,良好 的導熱性 、焊接性和抗 氧化性 ,高的韌性 ,且表面裂紋易被檢測等優點 ,以更好 的適應 現場生產 的需要。經過對 比材料性能 ,決定采用 TP347H鋼作為更新 爐管的材質。

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