煉油廠減粘裝置加熱爐爐管失效原因分析

摘要：針對煉油廠減粘裝置加熱爐爐管失效問題，本文以我國某煉油廠內(nèi)減粘裝置加熱爐為例，首先從形貌分析、金相分析、電鏡分析、能譜分析等四個角度出發(fā)，對失效原因進行物理分析，在此基礎(chǔ)上，對失效原因進行綜合分析，為全面了解減粘裝置加熱爐爐管失效的原因奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：煉油廠;減粘裝置;加熱爐;爐管失效;原因分析

前言

對于煉油企業(yè)而言，減粘裝置加熱爐是非常重要的加熱設備，爐管屬于加熱爐的重要組成部分，在使用加熱爐的過程中，由于爐管長期受到高溫輻射的影響，爐管的溫度相對較高，非常容易出現(xiàn)氧化腐蝕問題，進而導致加熱爐的使用壽命嚴重降低。我國某煉油企業(yè)加熱爐已經(jīng)連續(xù)使用超過十年，爐管已經(jīng)出現(xiàn)穿孔失效問題，為了全面了解爐管失效的原因，本次研究從形貌分析、金相分析、電鏡分析、能譜分析等方面出發(fā)，對失效問題進行全面研究，為提高加熱爐爐管的使用壽命奠定基礎(chǔ)。

1 煉油廠減粘裝置加熱爐爐管失效物理分析

在形貌方面，通過對爐管外壁位置處的裂紋進行觀察發(fā)現(xiàn)，在迎火面位置處，外壁已經(jīng)出現(xiàn)了嚴重的脫落問題，同時，外壁還具有非常明顯的高溫腐蝕特點，迎火面的內(nèi)壁也受到了高溫腐蝕的嚴重影響，爐管的壁厚減薄問題相對較為嚴重。通過對爐管不同位置進行壁厚測量發(fā)現(xiàn)，在迎火面最前端的位置處，壁厚的數(shù)值最小，在內(nèi)外壁都存在大量的腐蝕沉積物，沉積物相對較為均勻，且附著相對較為緊密，沉積物已經(jīng)呈現(xiàn)出了擴散形態(tài)，在爐管外壁位置處，腐蝕產(chǎn)物的硬度相對較高，且非常容易脫落，這說明爐管外壁受到了高溫氧化的嚴重影響。在已經(jīng)出現(xiàn)穿孔問題的位置處，并沒有出現(xiàn)金屬殘留。在不同溫度下，不同類型油品對于加熱爐腐蝕的影響也存在一定的差距，在迎火面位置處，爐管內(nèi)腐蝕產(chǎn)物的厚度遠超過背火面。對于爐管內(nèi)壁而言，存在大量的鐵素體以及珠光體，在珠光體晶界位置處，還存在一定量的碳化物。在背火面位置處，內(nèi)外壁都是由大量的鐵素體構(gòu)成，但是外壁鐵素體的晶粒相對較大，且第二相的含量相對較低，內(nèi)壁鐵素體的晶粒相對較小，且第二相的含量相對較高。通過使用掃描電鏡進行分析發(fā)現(xiàn)，在迎火面爐管的外壁位置處，其腐蝕產(chǎn)物相對較為疏松，腐蝕產(chǎn)物的厚度相對較大，呈現(xiàn)出了非常明顯的高溫氧化特征，腐蝕產(chǎn)物與基體的結(jié)合性相對較強，同時，在氧化層的內(nèi)部出現(xiàn)了非常多的孔洞以及裂縫，從基體一直到腐蝕產(chǎn)物的外表面，裂紋的開度逐漸增大，最終導致腐蝕產(chǎn)物的外表面非常容易出現(xiàn)脫落問題。通過對迎火面的外結(jié)構(gòu)進行分析發(fā)現(xiàn)，其存在大量的球狀產(chǎn)物，化驗結(jié)果為含碳化合物，說明這些產(chǎn)物是由于介質(zhì)不充分燃燒所形成，通過對迎火面內(nèi)壁進行分析發(fā)現(xiàn)，其腐蝕產(chǎn)物呈現(xiàn)出了多孔結(jié)構(gòu)，且腐蝕產(chǎn)物中存在大量的二次裂紋，說明內(nèi)表面受到了高溫的嚴重影響，大量的碳元素與鐵元素相互結(jié)合并進行了擴散，最終形成了垢層，垢層的強度相對較高，且導熱性能相對較好，事實上，這層垢層的存在可以對爐管金屬起到一定的保護作用。通過進行能譜分析發(fā)現(xiàn)，對于迎火面位置處的球狀物質(zhì)而言，其鹽含量已經(jīng)達到了20.8%，同時，還含有部分硫化物，這說明爐管在失效的過程中，也受到了硫化物腐蝕的影響，對爐管的內(nèi)外垢層進行分析發(fā)現(xiàn)，腐蝕產(chǎn)物主要為高溫腐蝕作用所產(chǎn)生氧化物。

2 煉油廠減粘裝置加熱爐爐管失效原因綜合分析

與其它類型的設備相比，加熱爐的爐管損傷問題難以通過肉眼察覺，但是一旦出現(xiàn)損傷問題，就必須對該部件進行更換，這主要是因為爐管損傷會引發(fā)更大的安全問題，同時，為了保障加熱爐的安全運行，煉油企業(yè)需要制定合理的維護周期，定期對爐管位置處進行檢查。由于加熱爐使用過程中的溫度及壓力都相對較高，這使得爐管上非常容易聚集焦炭，焦炭的存在會使得爐管的溫度持續(xù)提升，這也是引發(fā)氧化腐蝕問題的重要原因。通過對加熱爐的使用情況進行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該煉油廠減粘裝置加熱爐內(nèi)的溫度維持在800℃左右，這一溫度高于爐管材料可以適應的溫度，如果爐管長期處于該種環(huán)境下，必然會出現(xiàn)嚴重的損傷以及氧化腐蝕問題，高溫氧化是導致爐管壁厚減薄以及強度降低的主要原因。通過對加熱爐內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進行分析發(fā)現(xiàn)，爐管以及燃燒器所處的位置并不統(tǒng)一，爐膛內(nèi)部存在大量的熱煙氣，但是這些煙氣的分布不均勻，導致爐膛內(nèi)的溫度分布不均勻，對于爐管而言，迎火面和背火面的溫度也不均勻，沿著爐管長度的方向，會出現(xiàn)嚴重的輻射傳熱問題，最終導致爐管在軸向上存在一定的熱應力，在熱應力以及氧化腐蝕等聯(lián)合作用下，爐管的腐蝕產(chǎn)物將會逐漸變厚，腐蝕產(chǎn)物也將會對爐管產(chǎn)生一定的應力，且腐蝕產(chǎn)物的厚度越大，應力越大，此時管道可能會出現(xiàn)斷裂問題。通過對金相分析的結(jié)果進行進一步的分析發(fā)現(xiàn)，在爐管外壁上出現(xiàn)了嚴重的高溫脫碳問題，在原始組織中，珠光體已經(jīng)開始逐漸的球化，大量的碳化物開始聚集，在背火面位置處，鐵素體已經(jīng)開始逐漸延伸，其具有一定的固溶處理特征。由于爐管內(nèi)外壁的垢層中都存在大量的碳元素和硫元素，同時，爐管在不同位置處的受熱不均勻，因此，爐管內(nèi)的渣油也并不穩(wěn)定，其會以某些雜質(zhì)為中心，逐漸在爐管內(nèi)外壁上結(jié)焦，這種現(xiàn)象會導致出現(xiàn)氧化脫碳問題以及硫化腐蝕問題。蠕變損傷也是引發(fā)爐管失效的重要原因，蠕變問題可以分為三個階段，在加熱爐使用的前期階段，會出現(xiàn)初始蠕變問題，且這種作用在逐漸加強，在加熱爐使用的中期階段，蠕變作用將會處于相對較為穩(wěn)定的狀態(tài)，在加熱爐使用的后期階段，蠕變作用的增加幅度相對較大，最終會引發(fā)爐管斷裂問題。

3 結(jié)論

綜上所述，在煉油企業(yè)日常生產(chǎn)經(jīng)營的過程中，減粘裝置加熱爐是其非常重要的組成部分，由于加熱爐內(nèi)的溫度相對較高，且溫度的分布并不均勻，因此，爐管非常容易出現(xiàn)失效問題，通過對某煉油廠的加熱爐進行研究發(fā)現(xiàn)，氧化腐蝕以及硫化腐蝕是引發(fā)爐管失效的主要原因。

參考文獻

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作者簡介：李強（1977-）男，遼寧瓦房店人，工程師，從事設備管理工作。