谷宗昌

（中國石油廣西石化公司，廣西 欽州 535008）

制氫裝置轉(zhuǎn)化爐普遍采用頂燒爐，作為輕烴水蒸汽轉(zhuǎn)化制氫工藝的核心設(shè)備，轉(zhuǎn)化爐相當(dāng)于制氫裝置最大的反應(yīng)器。由于制氫轉(zhuǎn)化爐結(jié)構(gòu)的特殊性，以及高溫、高壓的運(yùn)行環(huán)境，轉(zhuǎn)化爐爐管容易發(fā)生彎曲、花斑、紅管、爆管等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行。

某石化公司4萬m3·h-1制氫裝置轉(zhuǎn)化爐有4排共176根轉(zhuǎn)化管，爐管主管段采用鑄鋼25Cr35N-iNb-MA材料，內(nèi)徑110mm，有效管長12.9m，爐管設(shè)計溫度為910℃。裝置于2014年10月份第4次開工后發(fā)現(xiàn)第4排37#爐管出現(xiàn)紅管、彎曲的現(xiàn)象，為平衡全廠氫氣管網(wǎng)需求，裝置調(diào)整操作，平穩(wěn)運(yùn)行至2015年5月份擇機(jī)進(jìn)行停工檢修。

1 紅管后的工藝調(diào)整

裝置開工后發(fā)現(xiàn)437#爐管下部出現(xiàn)2～3m左右的紅管現(xiàn)象，上部爐管顏色相對正常，且爐管出現(xiàn)輕微外凸彎曲現(xiàn)象。因全廠對氫氣的需求，裝置無法停工處理，同時由于轉(zhuǎn)化爐出口甲烷含量仍在控制指標(biāo)范圍內(nèi)，裝置決定加強(qiáng)爐管監(jiān)測，至2015年1月紅管現(xiàn)象擴(kuò)大至爐管中部。

1月16日溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)為：上部836℃，與周圍爐管相差不大；下部861℃，與周圍爐管相差30℃左右。

在相同裝置負(fù)荷前提下，采取了一系列手段諸如調(diào)小437#爐管處周圍火嘴火焰長度；在保證爐出口甲烷含量的前提下，適當(dāng)降低轉(zhuǎn)化爐出口溫度；適當(dāng)增大水碳比，提高入爐水蒸汽量；監(jiān)測和調(diào)整437#爐管彈簧吊架等。通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，爐管溫度下降，與周圍爐管溫差減小。

表1 2015年1月19日437#爐管監(jiān)測數(shù)據(jù)

在以上工藝調(diào)整基礎(chǔ)上，裝置建立爐管溫度監(jiān)測臺賬。當(dāng)班班組每班次檢測2次爐管溫度，同時與周圍爐管進(jìn)行對比，如出現(xiàn)溫差較大或高于爐管設(shè)計溫度的情況需及時通知裝置管理人員。

采取以上措施后，裝置平穩(wěn)運(yùn)行至2015年5月份，擇機(jī)進(jìn)行計劃停工檢修。

2 紅管原因分析

2.1 催化劑中毒

對制氫工藝而言，原料精制系統(tǒng)催化劑由于長時間運(yùn)行而失活，導(dǎo)致硫、氯等轉(zhuǎn)化催化劑毒物進(jìn)入轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，的確可以導(dǎo)致轉(zhuǎn)化催化劑中毒而引起爐管紅管的現(xiàn)象。然而，制氫裝置轉(zhuǎn)化催化劑中毒具有過程性和普遍性，過程性是指轉(zhuǎn)化催化劑中毒后，轉(zhuǎn)化爐爐管首先會出現(xiàn)花斑現(xiàn)象，并逐漸嚴(yán)重，最終導(dǎo)致紅管；普遍性是指原料氣由轉(zhuǎn)化爐上集合管進(jìn)入到轉(zhuǎn)化爐各個爐管中，如果催化劑中毒最終會導(dǎo)致爐管普遍出現(xiàn)紅管現(xiàn)象。所以，本裝置一根爐管紅管的現(xiàn)象是由于催化劑中毒而引起的可能性很小。

2.2 催化劑部分粉碎或積碳

由于轉(zhuǎn)化爐爐管較多，催化劑部分粉碎或積碳的確是引起轉(zhuǎn)化爐爐管紅管的原因之一。而催化劑粉碎或積碳一個最直觀的表現(xiàn)為爐管前后壓差增加。但由于本裝置出現(xiàn)紅管的爐管只有一根，故在運(yùn)行過程中通過觀察轉(zhuǎn)化爐出入口壓差的方式無法確認(rèn)催化劑是否粉碎或積碳，需裝置停工后才能進(jìn)行檢測確認(rèn)。

2.3 轉(zhuǎn)化管上豬尾管或下部出口柔管堵塞

轉(zhuǎn)化爐上豬尾管或下部出口柔管堵塞也是引起轉(zhuǎn)化爐紅管的原因之一，但由于轉(zhuǎn)化爐裝劑過程均由專業(yè)裝劑公司進(jìn)行，同時裝置人員嚴(yán)格把關(guān)，因此，由于轉(zhuǎn)化爐上豬尾管或下部出口柔管堵塞而紅管的可能性較低，但也可作為一個原因，待裝置停工后進(jìn)行檢測確認(rèn)。

3 裝置停工后的處理措施

本裝置計劃停工后，針對裝置轉(zhuǎn)化爐爐管紅管和彎曲的現(xiàn)象，做出以下處理方案：

1)針對轉(zhuǎn)化爐爐管彎曲現(xiàn)象，聯(lián)系爐管檢測單位對爐管進(jìn)行全面檢測，評估爐管狀態(tài)和壽命，并根據(jù)爐管檢測報告對爐管進(jìn)行相應(yīng)處理。

檢測單位對所有爐管依次進(jìn)行以下檢測，并著重對437#及周圍爐管進(jìn)行復(fù)查。宏觀檢測：①主要檢查直管的彎曲變形程度。檢查爐管的外表面腐蝕情況，爐管表面顏色的變化，有無超溫現(xiàn)象，爐管表面積灰程度。②蠕脹測定：對176根輻射管進(jìn)行蠕脹測定，從爐頂向下每隔0.5～2.0m測一個截面（同截面取-20°、0°、+20°的3個不同位置測量取最大值），具體位置為 1.0、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、5.0、7.0、9.0每根爐管共測9個截面(27個數(shù)據(jù))，同時要分析蠕脹數(shù)據(jù)異常情況。③撓度檢測：對爐管彎曲度進(jìn)行測定，分上（距爐頂2.0m）、中（距爐頂5.0m）、下（距爐頂8.0m）、最大值（距爐頂位置），測量4個值，以確定爐管彎曲程度。④超聲波爬管檢測：先對176根轉(zhuǎn)化管進(jìn)行單程雙側(cè)機(jī)械自動超聲波掃查。根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行判級。此次檢測主要是針對短時間運(yùn)行超溫對爐管的影響程度進(jìn)行評估，分析爐管的質(zhì)量狀態(tài)。⑤滲透檢測：通過對爐管進(jìn)行著色檢測，著重檢查爐管焊縫區(qū)域表面是否存在潛在的細(xì)小裂紋或其他缺陷。

通過以上檢測，確認(rèn)目前轉(zhuǎn)化爐176根爐管性能良好，紅管現(xiàn)象并非組織缺陷引起，目前不需要更換爐管。

2)對 435#、436#、437#、438#、439# 共 5 根爐管打開爐管上法蘭，在0.32MPa、0.375MPa兩個測量壓力下以及轉(zhuǎn)化爐出口轉(zhuǎn)化氣蒸汽發(fā)生器E101人孔打開后，0.4MPa測量壓力下，3種情況對比檢測爐管全管壓力降，測量的數(shù)據(jù)顯示，437#爐管全管壓差與其他爐管相差不大，結(jié)果詳見表2。

表2 卸劑前壓差記錄表

3)全管壓降檢測完畢后，對436#、437#、438# 3根爐管進(jìn)行卸劑操作，通過測量3根爐管的空管壓力降（表3）以及攝像頭檢測爐管底部篩板情況發(fā)現(xiàn)，437#爐管下部出口柔管無阻塞現(xiàn)象。

表3 裝劑壓差記錄表

對爐管前部轉(zhuǎn)化系統(tǒng)充壓，在轉(zhuǎn)化爐出口加裝盲板，爐管上法蘭打開的5根爐管泄壓后發(fā)現(xiàn)，437#爐管氣流相對較小。由于437#爐管紅管是由下部向上部蔓延，停工前只有下半部分紅管；且前期觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)爐膛里溫度較低時，437#爐管紅管區(qū)域有所減小。此次開工之前，由于轉(zhuǎn)化爐上豬尾管焊縫開裂，176根上豬尾管進(jìn)行了統(tǒng)一更換。

經(jīng)過以上分析得出結(jié)論，437#爐管紅管原因為：

1)主要原因：上豬尾管存在一定的限流現(xiàn)象，從而導(dǎo)致進(jìn)入437#爐管原料氣量較少，原料氣在爐管上部即可完成反應(yīng)，下部爐管不存在反應(yīng)吸熱現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)437#爐管下部紅管。

2)可能原因：由于卸劑前爐管全管壓降檢測壓差差別不大，437#爐管內(nèi)催化劑可能存在微量的積碳和粉碎現(xiàn)象，也可造成爐管的一定限流，進(jìn)而導(dǎo)致紅管。

結(jié)合以上兩方面的原因，裝置采取了以下處理措施：通過加壓吹掃437#爐管上豬尾管，同時更換 436#、437#、438# 3根爐管的催化劑，并通過與435#、439# 2根未卸劑爐管的壓差進(jìn)行對比，調(diào)整3根爐管催化劑的裝填量。由于裝置運(yùn)行一段時間后，催化劑會有一定的下沉，故新裝催化劑壓差調(diào)整較舊管有所偏?。ㄔ斠姳?）。

以上措施從理論上消除了導(dǎo)致爐管紅管的兩個原因。本次爐管紅管的分析與處理，將會在下次的開工過程中得到驗證。

4 結(jié)論

裝置通過長時間的生產(chǎn)運(yùn)行，可能會發(fā)生一根或幾根爐管出現(xiàn)紅管的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象應(yīng)與爐管普遍出現(xiàn)花斑進(jìn)一步大面積紅管的現(xiàn)象加以區(qū)別。單一爐管出現(xiàn)紅管，實際生產(chǎn)操作證明，適當(dāng)?shù)墓に囌{(diào)整可以維持正常的裝置生產(chǎn)。但只有通過系統(tǒng)的分析，并在停工后進(jìn)行相應(yīng)的檢測和驗證才能針對具體情況分析出相應(yīng)原因，并從根本上解決問題。

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