潘友強(qiáng) 馬宏偉 蔡新峰 中國(guó)石油新疆油田公司百口泉采油廠

加熱爐爐管過(guò)熱變形是一種常見(jiàn)的設(shè)備事故，原因多種多樣，但新疆油田百口泉天然氣處理站曾出現(xiàn)的一起加熱爐爐管過(guò)熱變形事故卻有些特別，以至于在調(diào)查初期還差一點(diǎn)下錯(cuò)了結(jié)論。

1 加熱爐爐管被判定整體報(bào)廢

再生氣加熱爐是天然氣處理系統(tǒng)中的一種常用設(shè)備，其爐管內(nèi)工作介質(zhì)（被加熱介質(zhì)）為天然氣，其目的是脫水、脫烴后成干氣，主要用途是對(duì)分子篩進(jìn)行再生。

新疆油田百口泉天然氣處理站2009年10月新建了一臺(tái)400kW再生氣加熱爐，該爐型號(hào)GL400－Q/0.7－Q，設(shè)計(jì)流量220-450Nm3/h，設(shè)計(jì)工作壓力0.7 MPa。根據(jù)油田內(nèi)部加熱爐使用有關(guān)要求，新建加熱爐使用一年后要對(duì)加熱爐進(jìn)行檢測(cè)。2010年9月委托克拉瑪依市專業(yè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)論：進(jìn)口爐管、出口爐管變形嚴(yán)重，表面氧化嚴(yán)重，判定爐管整體報(bào)廢。

2 聯(lián)合調(diào)查原因難以明確

為查明加熱爐爐管過(guò)熱變形的原因，使用單位、制造單位與設(shè)計(jì)單位進(jìn)行了聯(lián)合調(diào)查。從使用年限、工作溫度、工作介質(zhì)、介質(zhì)流量、操作壓力，燃燒器的設(shè)計(jì)與配置、爐管材料選用、爐管布局等方面進(jìn)行分析，均未發(fā)現(xiàn)明顯異常；從加熱爐單進(jìn)單出的管程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)判斷，也排除了偏流引起爐管過(guò)熱的可能性。初步調(diào)查結(jié)論：可能是爐管材質(zhì)耐高溫性能不足所致，需更換耐高溫材質(zhì)的爐管。

3 爐管過(guò)熱變形原因破解

2010年10月施工人員對(duì)問(wèn)題爐管進(jìn)行了拆除，用氣焊割斷爐管時(shí)發(fā)現(xiàn)出口爐管有較多的灰黑色附著物（如圖1所示)，約占爐管橫截面的二分之一，而進(jìn)口爐管內(nèi)則光潔通暢，崗位工人將該附著物稱之為天然氣結(jié)焦，這個(gè)議論很快傳到了主管技術(shù)人員處，引起了技術(shù)人員的注意，并趕赴現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。

圖1 帶有附著物的出口爐管橫截面示意圖

結(jié)焦，一般是指原油加熱爐內(nèi)的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等成分在異常工況下所形成的一種固體物質(zhì)。百口泉天然氣處理站再生氣加熱爐爐管內(nèi)的介質(zhì)為處理后的干氣（主要成分是：甲烷90%，乙烷6%，丙烷2%，其它成分約占2%)，天然氣一般不會(huì)結(jié)焦。

現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)附著物呈灰黑色，酷似煉鋼爐的鐵渣。用鐵棒敲擊，附著物堅(jiān)硬致密，而結(jié)焦物一般都比較脆軟，用銳器較容易刮下來(lái)，兩者性質(zhì)截然不同。根據(jù)加熱爐工作介質(zhì)為天然氣的現(xiàn)實(shí)判斷，氣體應(yīng)該充滿整個(gè)爐管，如果天然氣結(jié)焦，應(yīng)該是爐管接受火焰輻射的一面較為嚴(yán)重。安排施工人員對(duì)高溫直管段割開(kāi)檢查，未發(fā)現(xiàn)結(jié)焦痕跡。

委托有關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)附著物進(jìn)行檢測(cè)分析，分析結(jié)果是：該附著物的主要成分是焊渣、并有少量金屬物質(zhì)，與天然氣（干氣）的成分毫不相干。至此，加熱爐爐管過(guò)熱變形的原因得到了完全破解。

原來(lái)，加熱爐在制造時(shí)，焊工不慎將焊渣、焊條頭、金屬碎屑等異物殘留在了爐管內(nèi)。加熱爐運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝完成點(diǎn)爐前，崗位工人打開(kāi)進(jìn)出、口閥，由于爐管管徑較?。ㄍ◤?0mm)，彎頭數(shù)較多(筒體內(nèi)共有彎頭40個(gè))，焊渣等異物在再生氣的推動(dòng)下，在爐管的某一彎頭處聚集，最終堵塞了天然氣的通道，因流量計(jì)僅有一次表，崗位工人在中控室不知無(wú)流量的現(xiàn)實(shí)開(kāi)始點(diǎn)火，爐管在無(wú)流量情況下干燒，爐管溫度很快上升接近熔點(diǎn)，此時(shí)爐管內(nèi)的焊渣等異物由于熔點(diǎn)較低首先熔化成流體，在再生氣壓力的推動(dòng)下，被攜帶到加熱爐的出口遇低溫凝固吸附在爐管壁上形成了堅(jiān)硬的附著物，該附著物被崗位工人稱之為天然氣結(jié)焦，實(shí)質(zhì)是異物高溫熔化的產(chǎn)物。此時(shí)加熱爐通道也基本被打通，相對(duì)低溫（60-70℃）的再生氣進(jìn)入爐管內(nèi)與接近熔點(diǎn)的爐管接觸，在溫度劇變、自重及內(nèi)部介質(zhì)壓力的多重因素作用下產(chǎn)生嚴(yán)重變形，隨后爐管內(nèi)介質(zhì)流量趨于穩(wěn)定，爐管的溫度降至設(shè)計(jì)工作溫度水平，最終沒(méi)有釀成爐管燒穿的嚴(yán)重事故，但爐管變形已不可逆轉(zhuǎn)。整個(gè)過(guò)程大約在10min左右時(shí)間。

加熱爐制造單位對(duì)該分析結(jié)論沒(méi)有異議，經(jīng)雙方協(xié)商，制造方與使用單位各承擔(dān)一定比例的修復(fù)費(fèi)用，最終按原設(shè)計(jì)爐管材質(zhì)（1Gr5Mo低合金鋼）對(duì)爐管進(jìn)行了更換。

其后，每年對(duì)該加熱爐檢驗(yàn)一次，到目前（2013年）已連續(xù)檢驗(yàn)2次，均未發(fā)現(xiàn)變形問(wèn)題，更不存在結(jié)焦現(xiàn)象。

4 結(jié)論

1）百口泉天然氣處理站再生氣加熱爐爐管過(guò)熱變形事故是一起因制造過(guò)程不慎與使用前檢查不細(xì)而造成的事故，制造方與使用方均存在一定的責(zé)任。

2）加熱爐在制造時(shí)，制造單位應(yīng)對(duì)焊工提出防范要求，嚴(yán)防焊渣、焊條頭等異物殘留了在爐管中。

3）新加熱爐在安裝完成后，應(yīng)采取必要的吹掃措施，以清除可能存在的各種異物。

4）新加熱爐點(diǎn)火前，應(yīng)先導(dǎo)通加熱流程，檢查爐管內(nèi)的介質(zhì)流量是否正常，并觀察加熱爐進(jìn)、出口壓差是否過(guò)大，如出現(xiàn)介質(zhì)流量偏小或無(wú)流量及進(jìn)、出口壓差過(guò)大情況時(shí)，應(yīng)考慮異物堵塞的可能性，并采取相應(yīng)措施處理。

1 杜茂敏,萬(wàn)里,李向陽(yáng).原油穩(wěn)定加熱爐爆管原因及預(yù)防措施.油氣田地面工程,2011,30(10):65－66