制氢转化炉炉管红管分析及处理措施

谷宗昌

（中国石油广西石化公司，广西 钦州 535008）

制氢装置转化炉普遍采用顶烧炉，作为轻烃水蒸汽转化制氢工艺的核心设备，转化炉相当于制氢装置最大的反应器。由于制氢转化炉结构的特殊性，以及高温、高压的运行环境，转化炉炉管容易发生弯曲、花斑、红管、爆管等现象，严重影响设备的平稳运行。

某石化公司4万m3·h-1制氢装置转化炉有4排共176根转化管，炉管主管段采用铸钢25Cr35N-iNb-MA材料，内径110mm，有效管长12.9m，炉管设计温度为910℃。装置于2014年10月份第4次开工后发现第4排37#炉管出现红管、弯曲的现象，为平衡全厂氢气管网需求，装置调整操作，平稳运行至2015年5月份择机进行停工检修。

1 红管后的工艺调整

装置开工后发现437#炉管下部出现2～3m左右的红管现象，上部炉管颜色相对正常，且炉管出现轻微外凸弯曲现象。因全厂对氢气的需求，装置无法停工处理，同时由于转化炉出口甲烷含量仍在控制指标范围内，装置决定加强炉管监测，至2015年1月红管现象扩大至炉管中部。

1月16日温度监测数据为：上部836℃，与周围炉管相差不大；下部861℃，与周围炉管相差30℃左右。

在相同装置负荷前提下，采取了一系列手段诸如调小437#炉管处周围火嘴火焰长度；在保证炉出口甲烷含量的前提下，适当降低转化炉出口温度；适当增大水碳比，提高入炉水蒸汽量；监测和调整437#炉管弹簧吊架等。通过监测发现，炉管温度下降，与周围炉管温差减小。

表1 2015年1月19日437#炉管监测数据

在以上工艺调整基础上，装置建立炉管温度监测台账。当班班组每班次检测2次炉管温度，同时与周围炉管进行对比，如出现温差较大或高于炉管设计温度的情况需及时通知装置管理人员。

采取以上措施后，装置平稳运行至2015年5月份，择机进行计划停工检修。

2 红管原因分析

2.1 催化剂中毒

对制氢工艺而言，原料精制系统催化剂由于长时间运行而失活，导致硫、氯等转化催化剂毒物进入转化系统，的确可以导致转化催化剂中毒而引起炉管红管的现象。然而，制氢装置转化催化剂中毒具有过程性和普遍性，过程性是指转化催化剂中毒后，转化炉炉管首先会出现花斑现象，并逐渐严重，最终导致红管；普遍性是指原料气由转化炉上集合管进入到转化炉各个炉管中，如果催化剂中毒最终会导致炉管普遍出现红管现象。所以，本装置一根炉管红管的现象是由于催化剂中毒而引起的可能性很小。

2.2 催化剂部分粉碎或积碳

由于转化炉炉管较多，催化剂部分粉碎或积碳的确是引起转化炉炉管红管的原因之一。而催化剂粉碎或积碳一个最直观的表现为炉管前后压差增加。但由于本装置出现红管的炉管只有一根，故在运行过程中通过观察转化炉出入口压差的方式无法确认催化剂是否粉碎或积碳，需装置停工后才能进行检测确认。

2.3 转化管上猪尾管或下部出口柔管堵塞

转化炉上猪尾管或下部出口柔管堵塞也是引起转化炉红管的原因之一，但由于转化炉装剂过程均由专业装剂公司进行，同时装置人员严格把关，因此，由于转化炉上猪尾管或下部出口柔管堵塞而红管的可能性较低，但也可作为一个原因，待装置停工后进行检测确认。

3 装置停工后的处理措施

本装置计划停工后，针对装置转化炉炉管红管和弯曲的现象，做出以下处理方案：

1)针对转化炉炉管弯曲现象，联系炉管检测单位对炉管进行全面检测，评估炉管状态和寿命，并根据炉管检测报告对炉管进行相应处理。

检测单位对所有炉管依次进行以下检测，并着重对437#及周围炉管进行复查。宏观检测：①主要检查直管的弯曲变形程度。检查炉管的外表面腐蚀情况，炉管表面颜色的变化，有无超温现象，炉管表面积灰程度。②蠕胀测定：对176根辐射管进行蠕胀测定，从炉顶向下每隔0.5～2.0m测一个截面（同截面取-20°、0°、+20°的3个不同位置测量取最大值），具体位置为 1.0、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、5.0、7.0、9.0每根炉管共测9个截面(27个数据)，同时要分析蠕胀数据异常情况。③挠度检测：对炉管弯曲度进行测定，分上（距炉顶2.0m）、中（距炉顶5.0m）、下（距炉顶8.0m）、最大值（距炉顶位置），测量4个值，以确定炉管弯曲程度。④超声波爬管检测：先对176根转化管进行单程双侧机械自动超声波扫查。根据检测结果进行判级。此次检测主要是针对短时间运行超温对炉管的影响程度进行评估，分析炉管的质量状态。⑤渗透检测：通过对炉管进行着色检测，着重检查炉管焊缝区域表面是否存在潜在的细小裂纹或其他缺陷。

通过以上检测，确认目前转化炉176根炉管性能良好，红管现象并非组织缺陷引起，目前不需要更换炉管。

2)对 435#、436#、437#、438#、439# 共 5 根炉管打开炉管上法兰，在0.32MPa、0.375MPa两个测量压力下以及转化炉出口转化气蒸汽发生器E101人孔打开后，0.4MPa测量压力下，3种情况对比检测炉管全管压力降，测量的数据显示，437#炉管全管压差与其他炉管相差不大，结果详见表2。

表2 卸剂前压差记录表

3)全管压降检测完毕后，对436#、437#、438# 3根炉管进行卸剂操作，通过测量3根炉管的空管压力降（表3）以及摄像头检测炉管底部筛板情况发现，437#炉管下部出口柔管无阻塞现象。

表3 装剂压差记录表

对炉管前部转化系统充压，在转化炉出口加装盲板，炉管上法兰打开的5根炉管泄压后发现，437#炉管气流相对较小。由于437#炉管红管是由下部向上部蔓延，停工前只有下半部分红管；且前期观察发现，当炉膛里温度较低时，437#炉管红管区域有所减小。此次开工之前，由于转化炉上猪尾管焊缝开裂，176根上猪尾管进行了统一更换。

经过以上分析得出结论，437#炉管红管原因为：

1)主要原因：上猪尾管存在一定的限流现象，从而导致进入437#炉管原料气量较少，原料气在炉管上部即可完成反应，下部炉管不存在反应吸热现象，进而引发437#炉管下部红管。

2)可能原因：由于卸剂前炉管全管压降检测压差差别不大，437#炉管内催化剂可能存在微量的积碳和粉碎现象，也可造成炉管的一定限流，进而导致红管。

结合以上两方面的原因，装置采取了以下处理措施：通过加压吹扫437#炉管上猪尾管，同时更换 436#、437#、438# 3根炉管的催化剂，并通过与435#、439# 2根未卸剂炉管的压差进行对比，调整3根炉管催化剂的装填量。由于装置运行一段时间后，催化剂会有一定的下沉，故新装催化剂压差调整较旧管有所偏小（详见表3）。

以上措施从理论上消除了导致炉管红管的两个原因。本次炉管红管的分析与处理，将会在下次的开工过程中得到验证。

4 结论

装置通过长时间的生产运行，可能会发生一根或几根炉管出现红管的现象，这种现象应与炉管普遍出现花斑进一步大面积红管的现象加以区别。单一炉管出现红管，实际生产操作证明，适当的工艺调整可以维持正常的装置生产。但只有通过系统的分析，并在停工后进行相应的检测和验证才能针对具体情况分析出相应原因，并从根本上解决问题。

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