制氫轉化爐爐管紅管分析及處理措施

谷宗昌

（中國石油廣西石化公司，廣西 欽州 535008）

制氫裝置轉化爐普遍采用頂燒爐，作為輕烴水蒸汽轉化制氫工藝的核心設備，轉化爐相當于制氫裝置最大的反應器。由于制氫轉化爐結構的特殊性，以及高溫、高壓的運行環(huán)境，轉化爐爐管容易發(fā)生彎曲、花斑、紅管、爆管等現象，嚴重影響設備的平穩(wěn)運行。

某石化公司4萬m3·h-1制氫裝置轉化爐有4排共176根轉化管，爐管主管段采用鑄鋼25Cr35N-iNb-MA材料，內徑110mm，有效管長12.9m，爐管設計溫度為910℃。裝置于2014年10月份第4次開工后發(fā)現第4排37#爐管出現紅管、彎曲的現象，為平衡全廠氫氣管網需求，裝置調整操作，平穩(wěn)運行至2015年5月份擇機進行停工檢修。

1 紅管后的工藝調整

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

1月16日溫度監(jiān)測數據為：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。

在相同裝置負荷前提下，采取了一系列手段諸如調小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，適當降低轉化爐出口溫度；適當增大水碳比，提高入爐水蒸汽量；監(jiān)測和調整437#爐管彈簧吊架等。通過監(jiān)測發(fā)現，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)測數據

在以上工藝調整基礎上，裝置建立爐管溫度監(jiān)測臺賬。當班班組每班次檢測2次爐管溫度，同時與周圍爐管進行對比，如出現溫差較大或高于爐管設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)運行至2015年5月份，擇機進行計劃停工檢修。

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行而失活，導致硫、氯等轉化催化劑毒物進入轉化系統(tǒng)，的確可以導致轉化催化劑中毒而引起爐管紅管的現象。然而，制氫裝置轉化催化劑中毒具有過程性和普遍性，過程性是指轉化催化劑中毒后，轉化爐爐管首先會出現花斑現象，并逐漸嚴重，最終導致紅管；普遍性是指原料氣由轉化爐上集合管進入到轉化爐各個爐管中，如果催化劑中毒最終會導致爐管普遍出現紅管現象。所以，本裝置一根爐管紅管的現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

由于轉化爐爐管較多，催化劑部分粉碎或積碳的確是引起轉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為爐管前后壓差增加。但由于本裝置出現紅管的爐管只有一根，故在運行過程中通過觀察轉化爐出入口壓差的方式無法確認催化劑是否粉碎或積碳，需裝置停工后才能進行檢測確認。

2.3 轉化管上豬尾管或下部出口柔管堵塞

轉化爐上豬尾管或下部出口柔管堵塞也是引起轉化爐紅管的原因之一，但由于轉化爐裝劑過程均由專業(yè)裝劑公司進行，同時裝置人員嚴格把關，因此，由于轉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，待裝置停工后進行檢測確認。

3 裝置停工后的處理措施

本裝置計劃停工后，針對裝置轉化爐爐管紅管和彎曲的現象，做出以下處理方案：

1)針對轉化爐爐管彎曲現象，聯系爐管檢測單位對爐管進行全面檢測，評估爐管狀態(tài)和壽命，并根據爐管檢測報告對爐管進行相應處理。

檢測單位對所有爐管依次進行以下檢測，并著重對437#及周圍爐管進行復查。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，有無超溫現象，爐管表面積灰程度。②蠕脹測定：對176根輻射管進行蠕脹測定，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個數據)，同時要分析蠕脹數據異常情況。③撓度檢測：對爐管彎曲度進行測定，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根轉化管進行單程雙側機械自動超聲波掃查。根據檢測結果進行判級。此次檢測主要是針對短時間運行超溫對爐管的影響程度進行評估，分析爐管的質量狀態(tài)。⑤滲透檢測：通過對爐管進行著色檢測，著重檢查爐管焊縫區(qū)域表面是否存在潛在的細小裂紋或其他缺陷。

通過以上檢測，確認目前轉化爐176根爐管性能良好，紅管現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化爐出口轉化氣蒸汽發(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，測量的數據顯示，437#爐管全管壓差與其他爐管相差不大，結果詳見表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，437#爐管下部出口柔管無阻塞現象。

表3 裝劑壓差記錄表

對爐管前部轉化系統(tǒng)充壓，在轉化爐出口加裝盲板，爐管上法蘭打開的5根爐管泄壓后發(fā)現，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，當爐膛里溫度較低時，437#爐管紅管區(qū)域有所減小。此次開工之前，由于轉化爐上豬尾管焊縫開裂，176根上豬尾管進行了統(tǒng)一更換。

經過以上分析得出結論，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象，從而導致進入437#爐管原料氣量較少，原料氣在爐管上部即可完成反應，下部爐管不存在反應吸熱現象，進而引發(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#爐管內催化劑可能存在微量的積碳和粉碎現象，也可造成爐管的一定限流，進而導致紅管。

結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行對比，調整3根爐管催化劑的裝填量。由于裝置運行一段時間后，催化劑會有一定的下沉，故新裝催化劑壓差調整較舊管有所偏?。ㄔ斠姳?）。

以上措施從理論上消除了導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 結論

裝置通過長時間的生產運行，可能會發(fā)生一根或幾根爐管出現紅管的現象，這種現象應與爐管普遍出現花斑進一步大面積紅管的現象加以區(qū)別。單一爐管出現紅管，實際生產操作證明，適當的工藝調整可以維持正常的裝置生產。但只有通過系統(tǒng)的分析，并在停工后進行相應的檢測和驗證才能針對具體情況分析出相應原因，并從根本上解決問題。

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