制氢装置转化炉炉管开裂分析和对策.pdf

工业炉 P石油化工设备技术，2016，37(2)·53· etro—ChemicalEquipmentTechnology 制氢装置转化炉炉管开裂分析及对策 尹 乐 (中国石化上海石油化工股份有限公司 ，上海 200540) 摘 要 ：某炼油化工厂 5．5万 t／a制氢装置转化炉辐射段材质为 ZG4OCr25Ni35Nb—Ti的合金钢炉管 ， 在使用 1．7万h后发生突然开裂(设计使用寿命 10万 h)。文章对炉管进行失效分析后认为，由于局部过热 导致的蠕变开裂是主要原 因。按照装置原始设计工况，转化气出 口温度 870℃，转化炉炉管外壁最高耐温不 大于 960C。而实际操作工况下当转化气 出口温度只有 845℃，炉管外壁温度 已经达到 970～990。C，超过 了炉管最大承受温度 960℃，造成炉管局部过热开裂 ，为此提 出了相应 的对策措施 。 关键词 ：制氢装置 转化炉 蠕变开裂 失效分析 随着世界范 围对清洁燃料要求的不断增加 ， CH4+ H2O—CO+ 3H2 各炼油厂加氢装置的数量和规模也在不断加大， CO+ H2O—CO2+H2 氢气需求量 日益增加。制氢装置的功能则是为加 整个反应过程表现为极强吸热反应 ，反应所 氢裂化、加氢精制等装置提供稳定的氢源。制氢 需热量 由气体燃料烧嘴提供 。转化炉采用顶烧厢 转化炉则是制氢装置中完成烃类蒸汽转化反应的 式炉结构，燃烧器布置在辐射室顶部 ，转化管受热 核心设备 。它是一种非常特殊的外热式列管反应 形式为单排管受双面辐射 ，转化炉外形尺寸 ：13．2 器 ，由于转化反应的强吸热及高温等特点 ，这种反 mm×16．5mm×30．3m，详细参数见表 1。 应器被设计成加热炉的形式 ，催化剂装在一根根 表 1 制氢转化炉参数 一誓。。。 的转化炉管内，在炉膛内直接加热 ，反应介质通过 炉管 内的催化剂床层进行反应n。其操作条件苛 | tl薯 靛 疑畿j 鬯》甏謦 薯曩 誊警鹫 锤潦 | 刻、高温 、高压 。 某炼油厂加氢装置 以天然气为原料 ，采用蒸 口 猛 ct| 汽转化法造气 ，设计制氢能力 5．5万 t／a。造气部 出H设计温度 ／℃ 分由中石化上海工程公司设计 ，2012年 1O月投 础蚍 出口设计压力 ／MPa 料开车 ，运行 24个月后出现辐射段炉管开裂 ，造 敷羁 I 成装置非计划停车事故 ，成为制氢装置连续生产 对流室吸热量 ／(MJ·h-1) 的重大安全隐患。为此 ，对开裂的炉管进行 了失 ||八日操 c|。 效分析 ，从结构、材料及工艺等方面探讨 了转化 出口操作温度 ／℃ 炉辐射段炉管开裂原因，并提出了相应的操作对 | 日操御功 编 I| 策和改进措施 。 出 口操作 压力 ／MPa 1 设备故障概况 辐射室炉管 252根 ，规格 140mm ×15 1．1 设备概况和结构参数 mm，材质 ZG40Cr25Ni35Nb—Ti(炉管参 数见 经过脱硫和脱氯处理过