煉油廠減粘裝置加熱爐爐管失效原因分析

摘要：針對(duì)煉油廠減粘裝置加熱爐爐管失效問(wèn)題，本文以我國(guó)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(gè)角度出發(fā)，對(duì)失效原因進(jìn)行物理分析，在此基礎(chǔ)上，對(duì)失效原因進(jìn)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(duì)于煉油企業(yè)而言，減粘裝置加熱爐是非常重要的加熱設(shè)備，爐管屬于加熱爐的重要組成部分，在使用加熱爐的過(guò)程中，由于爐管長(zhǎng)期受到高溫輻射的影響，爐管的溫度相對(duì)較高，非常容易出現(xiàn)氧化腐蝕問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致加熱爐的使用壽命嚴(yán)重降低。我國(guó)某煉油企業(yè)加熱爐已經(jīng)連續(xù)使用超過(guò)十年，爐管已經(jīng)出現(xiàn)穿孔失效問(wèn)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(duì)失效問(wèn)題進(jìn)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(guò)對(duì)爐管外壁位置處的裂紋進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，在迎火面位置處，外壁已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的脫落問(wèn)題，同時(shí)，外壁還具有非常明顯的高溫腐蝕特點(diǎn)，迎火面的內(nèi)壁也受到了高溫腐蝕的嚴(yán)重影響，爐管的壁厚減薄問(wèn)題相對(duì)較為嚴(yán)重。通過(guò)對(duì)爐管不同位置進(jìn)行壁厚測(cè)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(duì)較為均勻，且附著相對(duì)較為緊密，沉積物已經(jīng)呈現(xiàn)出了擴(kuò)散形態(tài)，在爐管外壁位置處，腐蝕產(chǎn)物的硬度相對(duì)較高，且非常容易脫落，這說(shuō)明爐管外壁受到了高溫氧化的嚴(yán)重影響。在已經(jīng)出現(xiàn)穿孔問(wèn)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(duì)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(yuǎn)超過(guò)背火面。對(duì)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(duì)較大，且第二相的含量相對(duì)較低，內(nèi)壁鐵素體的晶粒相對(duì)較小，且第二相的含量相對(duì)較高。通過(guò)使用掃描電鏡進(jìn)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(duì)較為疏松，腐蝕產(chǎn)物的厚度相對(duì)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(duì)較強(qiáng)，同時(shí)，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(dǎo)致腐蝕產(chǎn)物的外表面非常容易出現(xiàn)脫落問(wèn)題。通過(guò)對(duì)迎火面的外結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其存在大量的球狀產(chǎn)物，化驗(yàn)結(jié)果為含碳化合物，說(shuō)明這些產(chǎn)物是由于介質(zhì)不充分燃燒所形成，通過(guò)對(duì)迎火面內(nèi)壁進(jìn)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(shuō)明內(nèi)表面受到了高溫的嚴(yán)重影響，大量的碳元素與鐵元素相互結(jié)合并進(jìn)行了擴(kuò)散，最終形成了垢層，垢層的強(qiáng)度相對(duì)較高，且導(dǎo)熱性能相對(duì)較好，事實(shí)上，這層垢層的存在可以對(duì)爐管金屬起到一定的保護(hù)作用。通過(guò)進(jìn)行能譜分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)于迎火面位置處的球狀物質(zhì)而言，其鹽含量已經(jīng)達(dá)到了20.8%，同時(shí)，還含有部分硫化物，這說(shuō)明爐管在失效的過(guò)程中，也受到了硫化物腐蝕的影響，對(duì)爐管的內(nèi)外垢層進(jìn)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(shè)備相比，加熱爐的爐管損傷問(wèn)題難以通過(guò)肉眼察覺，但是一旦出現(xiàn)損傷問(wèn)題，就必須對(duì)該部件進(jìn)行更換，這主要是因?yàn)闋t管損傷會(huì)引發(fā)更大的安全問(wèn)題，同時(shí)，為了保障加熱爐的安全運(yùn)行，煉油企業(yè)需要制定合理的維護(hù)周期，定期對(duì)爐管位置處進(jìn)行檢查。由于加熱爐使用過(guò)程中的溫度及壓力都相對(duì)較高，這使得爐管上非常容易聚集焦炭，焦炭的存在會(huì)使得爐管的溫度持續(xù)提升，這也是引發(fā)氧化腐蝕問(wèn)題的重要原因。通過(guò)對(duì)加熱爐的使用情況進(jìn)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(yīng)的溫度，如果爐管長(zhǎng)期處于該種環(huán)境下，必然會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的損傷以及氧化腐蝕問(wèn)題，高溫氧化是導(dǎo)致爐管壁厚減薄以及強(qiáng)度降低的主要原因。通過(guò)對(duì)加熱爐內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)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(dǎo)致爐膛內(nèi)的溫度分布不均勻，對(duì)于爐管而言，迎火面和背火面的溫度也不均勻，沿著爐管長(zhǎng)度的方向，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的輻射傳熱問(wèn)題，最終導(dǎo)致爐管在軸向上存在一定的熱應(yīng)力，在熱應(yīng)力以及氧化腐蝕等聯(lián)合作用下，爐管的腐蝕產(chǎn)物將會(huì)逐漸變厚，腐蝕產(chǎn)物也將會(huì)對(duì)爐管產(chǎn)生一定的應(yīng)力，且腐蝕產(chǎn)物的厚度越大，應(yīng)力越大，此時(shí)管道可能會(huì)出現(xiàn)斷裂問(wèn)題。通過(guò)對(duì)金相分析的結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)，在爐管外壁上出現(xiàn)了嚴(yán)重的高溫脫碳問(wèn)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(shí)，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(huì)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(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)氧化脫碳問(wèn)題以及硫化腐蝕問(wèn)題。蠕變損傷也是引發(fā)爐管失效的重要原因，蠕變問(wèn)題可以分為三個(gè)階段，在加熱爐使用的前期階段，會(huì)出現(xiàn)初始蠕變問(wèn)題，且這種作用在逐漸加強(qiáng)，在加熱爐使用的中期階段，蠕變作用將會(huì)處于相對(duì)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(duì)較大，最終會(huì)引發(fā)爐管斷裂問(wèn)題。

3 結(jié)論

綜上所述，在煉油企業(yè)日常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的過(guò)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(duì)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(wèn)題，通過(guò)對(duì)某煉油廠的加熱爐進(jìn)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。

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作者簡(jiǎn)介：李強(qiáng)（1977-）男，遼寧瓦房店人，工程師，從事設(shè)備管理工作。