转化炉炉管检查方法的探讨

转化炉炉管检查方法的探讨 王 勇 （中国石油独山子石化分公司压力容器检验所 新疆 833600） 摘 要：本文以甲醇转化炉为例简明阐述了转化炉炉管的损坏形式，并根据日常操作检查和停炉检查方面，对这些检查方法的使用及其局限性作一简要讨论。

关键词：转化炉 炉管 检查方法

一、前言 对乙烯厂甲醇车间甲醇转化炉的检查共分为三部分：转化炉管组、出口猪尾管和出口集气管。炉管介质有：对流室：转化触媒；辐射室：混合原料气、锅炉给水、燃料气、原料天然气。正常操作温度最高为920～960℃，最高操作压力2.5～2.7MPa。辐射段炉管材质为：HP-Nb；对流段炉管材质为：0Cr18Ni9Ti（混合原料气）、15CrMo（原料天然气、过热蒸汽）、20（锅炉给水、燃料气、原料天然气）。

二、转化管的损坏形式综述 转化管的损坏形式，有轴向的蠕变损坏，环向的特别是焊接接头处的损坏，也有氧化、渗碳及铸造缺陷造成的损坏，但由于过热引起的纵向蠕变损坏是主要的损坏形式，占损坏事例的大多数。 1. 蠕变损坏：炉管蠕变损坏的直接原因，绝大多数是炉内超温过热或不均匀温度造成的过热。由于温度和应力是引起材料蠕变的重要因素，因此当受力管壁过热，往往是局部过热时，就会导致蠕变加速和持久强度的急剧降低。最终，过热部位因过度蠕变而破裂。 另外，转化管壁内外侧存在温差，从而产生热应力，壁越厚，产生的热应力也越大，特别是开停车时更会产生较大的内应力。所以转化炉管在运行过程中，不仅内压对蠕变起作用，这种热应力也起很大作用。 炉管由于蠕变断裂而损坏的特征是炉管膨胀、基体碳化物粗化和出现空洞、裂纹。

5622.腐蚀损坏：工艺气体介质的腐蚀、氧化和渗碳也是转化管损坏的重要原因。工艺气体中蒸汽含有较高氯离子时能使转化管发生冷凝液的应力腐蚀。介质中含有硫时，也会产生硫的腐蚀。内壁不进行加工去除铸造疏松层的铸管，更为上述腐蚀创造有利条件。穿晶腐蚀是应力腐蚀的明显特征。 3.蒸汽带水引起的损坏：原料气带水或冷凝液，在开炉时进入转化管，会使触媒急冷而破碎，同时对高温赤热的转化管也会产生极其严重的损害。 4.热疲劳损坏：频繁的开停炉会造成炉管冷热波动，这种交变热应力会提前造成热疲劳损坏，产生裂纹网络甚至是粗大裂纹。 5.铸造缺陷引起的损坏：最常见的炉管铸造缺陷为夹杂和疏松。当炉管运行中产生蠕变时便在强度低的夹杂物处提前产生裂纹而破裂。 6.炉管严重弯曲：是由于近向火面与远向火面间的周向温差较大（温差在70℃左右）引起金属膨胀量不同造成。无严重裂纹时，可矫直使用。

三、操作中炉管的检查 针对上述炉管在开炉运行中可能发生的损坏形式，提出以下几点注意事项及操作要点。 1. 管壁温度控制 离心铸造的炉管的主要损坏形式是由于过热引起纵向蠕变破裂。操作中当炉管温度高于最高设计温度时，将对应力破裂值和炉管寿命有显著的影响。因此，在转化炉操作中，必须严格控制管壁金属温度，避免超温。操作人员至少每班检查触媒管一次，以测定过热区并对烧嘴或操作工艺进行必要的调整。除了肉眼观察外，还应按照规定的检查周期使用光学高温计或红外线高温计来测定和记录最高管壁温度。 2. 蒸汽品质的检查 由于蒸汽带有炉水的沉积物（硫酸钠和氯化钠的混合物），它们在高温下具有很大的腐蚀性，从而使触媒管的上部发生腐蚀。应对水处理进行严格控制并定期检查蒸汽品质，以保证蒸汽的纯度在设计参数内。 3. 炉管管架 铸造炉管的另一种普遍的损坏原因是弯曲应力，它经常使炉管在环焊缝处

563发生损坏。火焰加热不均匀或炉管支撑不当都可以产生弯曲应力。触媒管使用垂直悬吊，以弹簧吊架或平衡锤支撑来固定，可以消除采用其他支撑方式时施加于炉管的载荷应力。吊架应定期检查，必要时应进行调整，以保证吊架在操作中能完全承受炉管的净重载荷。所以在转化炉开车时就应着手进行检查并在操作中作定期复检。 为了减少炉管受热不均所造成的弯曲的影响，首先是要调整所有烧嘴，使各烧嘴的放热量尽可能接近一致。

四、停炉检查 转化炉管停炉检查时项目和方法的选取，应根据转化炉的实际使用时间、历次检验发现的问题和开车运行过程中出现的情况来确定。 1. 宏观检查： 检查炉管的振动情况、支架位移情况和导向性能，固定支架是否牢固可靠，管架、支吊架、管架基础有无倾斜、变形、下沉等情况，管与管、管与相邻物件之间应无摩擦； 检查炉管有无表面裂纹、褶迭、重皮、焊缝咬边、鼓包、机械损伤、电弧损伤、局部腐蚀、碰伤变形等缺陷。对接焊缝的外壁错边量应小于壁厚的10%。 检查炉管有无弯曲变形现象，经测定甲醇转化炉辐射段炉管有4根，即23#炉管、34#炉管、43#炉管、44#炉管弯曲挠度分别为160mm、120 mm、170 mm、140mm，弯曲挠度超标，随即对弯曲挠度超标者进行了更换。 经锤击检查，听炉管声音是否清脆，无异常声音者为正常；声音异常者应对其材质及是否存在缺陷进行随后的检查判定。 2. 壁厚测定： 转化炉管测厚点的位置重点应选择下列部位：根据炉管内介质的物理状况及流向，选在易受介质冲刷的部位；易腐蚀部位；炉管制造成型时，壁厚减薄部位；表面缺陷检验时发现的可疑部位；根据检验的需要随时增加检验部位；以及检验员认为可疑的部位。 壁厚测定的目的是测量最小厚度，若测得的最小厚度小于容器的名义厚度，则应根据实际情况进行强度校核。测厚中如发现异常值时，则须在增加测厚点，

564如仍有异常，则须进一步扩大测厚范围，找出异常厚度的区域，同时对该炉管按适当比例进行扩大测定。 3. 硬度测定： 对检验中发现有材料劣化倾向、外表变色以及介质为易产生应力腐蚀、腐蚀疲劳的炉管，对母材、焊缝及其热影响区进行硬度抽查。并根据检验结果的需要随时增加硬度测点，如发现裂纹的部位。 4. 理化检验： 对硬度检查中发现有异常值或开车操作中出现超温、超压，有可能影响金属材料和结构强度、使用期限已接近设计寿命的应进行理化检验。 检验内容包括化学成分分析、金相组织检查、机械性能（抗拉、抗弯及冲击韧性）试验，并根据检验结果决定能否继续使用。 5. 渗透探伤： 对高温及受交变应力部位、有可能产生疲劳的管段，应在其焊缝等容易造成应力集中的部位进行渗透探伤抽查，以检查是否有疲劳裂纹产生；对宏观检查发现裂纹或有裂纹迹象的部位同样应进行表面渗透探伤检查。 对探伤过程中发现的表面缺陷，应进行打磨处理，若缺陷深度较大，应考虑打磨后补焊。缺陷处理后必须进行渗透探伤复验。 6. 射线检测： 射线检测是应用最广泛的检查方法，特别是用于检查焊缝裂纹方面较准确、有效且有追溯性。转化炉管的对接焊缝，特别是炉管下部或高温管区内的对接焊缝，应作定期的例行检查。炉管的射线探伤一般采用双壁双影法。 对宏观检验有怀疑的部位、渗透探伤发现有超标缺陷打磨仍不能完全消除的部位，应采用射线探伤再次检验。 由于涉及的面积大，而且在发现微小的缺陷方面受到局限，故很少全部用射线探伤检查来作为早期发现蠕变裂纹的方法。但是在确定了过热区或管子呈现出适当的蠕胀时，就可以用射线探伤方法来检查裂纹发展的情况。当蠕变裂纹的尺寸足以在射线探伤中显现出来的时候，应及时更换该炉管。 7. 超声波探伤： 甲醇炉管材料是以HP-Nb铸造制作而成，其材料晶粒粗大、表面粗糙。超

565声波检测奥氏体大晶粒钢遇到的两个主要问题是粗大的奥氏体晶粒和晶粒的择优取向，在这些弹性各向异性的材料中，由于声阻抗的变化（相对于细小的等轴来讲），与弹性各向同性材料相比，晶界散射使较大部分能量消耗在晶面上，用常规超声波检测的方法无法发现裂纹和蠕变损坏，鉴于高温炉管的组织特点，首先是正确选用超声波频率，使其波长较长，穿透力强。探头采用线聚焦探头，使声能较集中，指向性好。采用一发一收的形式可以提高探伤灵敏度。随着高温转化炉管运行时间的积累，将逐渐在炉管管壁产生蠕变空洞和蠕变裂纹。由于声波通过时受阻，因此可以根据通过管壁能量多少来判断炉管的伤情级别。 对炉管进行射线和超声波抽查，比例不得少于20%，检验中发现裂纹等危害性缺陷时，则须扩大检测比例。检验中如发现超标缺陷，应根据缺陷状况和炉管使用条件进行处理，处理完毕后采用射线和超声波探伤复检合格后方可投用。 8. 涡流检查： 几种以涡流原理为基础的工业用裂纹检查装置是有效的，同时允许在原地对炉管作全长检查，但由于这种检查方法受到仪器能力的限制，故只适用于检查表面或近表面处的缺陷。 以上几种检验方法可以根据转化炉管的使用情况适当选用，在无重大问题时以宏观、测厚、硬度、超声为主；问题较严重时，可以几种方法结合使用，以核定检验结果的可靠性; 理化检验可作为核定材质和材质是否劣化的重要依据。

五、猪尾管组 直立布置的装填有触媒的炉管，通过猪尾管与水平的出口集气管连接，这些猪尾管为锻钢，以插入式焊接接头和触媒管及出口集气管连接。 下猪尾管及集气管的损坏，大多发生在猪尾管与转化管或集气管连接的焊接处。一般是在这些焊缝及其热影响区产生环状裂纹。其原因主要是在下猪尾管与转化管或集气管相连接的焊缝区域，因转化管的热膨胀或弯曲，使连接处产生较大应力所引起的。当然，也有焊接质量的原因。此外，下猪尾管和集气管还会产生晶界氧化，严重时也会产生裂纹。在大于850℃温度下工作时，如

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