炼油厂减粘装置加热炉炉管失效原因分析

摘要：针对炼油厂减粘装置加热炉炉管失效问题，本文以我国某炼油厂内减粘装置加热炉为例，首先从形貌分析、金相分析、电镜分析、能谱分析等四个角度出发，对失效原因进行物理分析，在此基础上，对失效原因进行综合分析，为全面了解减粘装置加热炉炉管失效的原因奠定基础。

关键词：炼油厂;减粘装置;加热炉;炉管失效;原因分析

前言

对于炼油企业而言，减粘装置加热炉是非常重要的加热设备，炉管属于加热炉的重要组成部分，在使用加热炉的过程中，由于炉管长期受到高温辐射的影响，炉管的温度相對较高，非常容易出现氧化腐蚀问题，进而导致加热炉的使用寿命严重降低。我国某炼油企业加热炉已经连续使用超过十年，炉管已经出现穿孔失效问题，为了全面了解炉管失效的原因，本次研究从形貌分析、金相分析、电镜分析、能谱分析等方面出发，对失效问题进行全面研究，为提高加热炉炉管的使用寿命奠定基础。

1 炼油厂减粘装置加热炉炉管失效物理分析

在形貌方面，通过对炉管外壁位置处的裂纹进行观察发现，在迎火面位置处，外壁已经出现了严重的脱落问题，同时，外壁还具有非常明显的高温腐蚀特点，迎火面的内壁也受到了高温腐蚀的严重影响，炉管的壁厚减薄问题相对较为严重。通过对炉管不同位置进行壁厚测量发现，在迎火面最前端的位置处，壁厚的数值最小，在内外壁都存在大量的腐蚀沉积物，沉积物相对较为均匀，且附着相对较为紧密，沉积物已经呈现出了扩散形态，在炉管外壁位置处，腐蚀产物的硬度相对较高，且非常容易脱落，这说明炉管外壁受到了高温氧化的严重影响。在已经出现穿孔问题的位置处，并没有出现金属残留。在不同温度下，不同类型油品对于加热炉腐蚀的影响也存在一定的差距，在迎火面位置处，炉管内腐蚀产物的厚度远超过背火面。对于炉管内壁而言，存在大量的铁素体以及珠光体，在珠光体晶界位置处，还存在一定量的碳化物。在背火面位置处，内外壁都是由大量的铁素体构成，但是外壁铁素体的晶粒相对较大，且第二相的含量相对较低，内壁铁素体的晶粒相对较小，且第二相的含量相对较高。通过使用扫描电镜进行分析发现，在迎火面炉管的外壁位置处，其腐蚀产物相对较为疏松，腐蚀产物的厚度相对较大，呈现出了非常明显的高温氧化特征，腐蚀产物与基体的结合性相对较强，同时，在氧化层的内部出现了非常多的孔洞以及裂缝，从基体一直到腐蚀产物的外表面，裂纹的开度逐渐增大，最终导致腐蚀产物的外表面非常容易出现脱落问题。通过对迎火面的外结构进行分析发现，其存在大量的球状产物，化验结果为含碳化合物，说明这些产物是由于介质不充分燃烧所形成，通过对迎火面内壁进行分析发现，其腐蚀产物呈现出了多孔结构，且腐蚀产物中存在大量的二次裂纹，说明内表面受到了高温的严重影响，大量的碳元素与铁元素相互结合并进行了扩散，最终形成了垢层，垢层的强度相对较高，且导热性能相对较好，事实上，这层垢层的存在可以对炉管金属起到一定的保护作用。通过进行能谱分析发现，对于迎火面位置处的球状物质而言，其盐含量已经达到了20.8%，同时，还含有部分硫化物，这说明炉管在失效的过程中，也受到了硫化物腐蚀的影响，对炉管的内外垢层进行分析发现，腐蚀产物主要为高温腐蚀作用所产生氧化物。

2 炼油厂减粘装置加热炉炉管失效原因综合分析

与其它类型的设备相比，加热炉的炉管损伤问题难以通过肉眼察觉，但是一旦出现损伤问题，就必须对该部件进行更换，这主要是因为炉管损伤会引发更大的安全问题，同时，为了保障加热炉的安全运行，炼油企业需要制定合理的维护周期，定期对炉管位置处进行检查。由于加热炉使用过程中的温度及压力都相对较高，这使得炉管上非常容易聚集焦炭，焦炭的存在会使得炉管的温度持续提升，这也是引发氧化腐蚀问题的重要原因。通过对加热炉的使用情况进行调研发现，该炼油厂减粘装置加热炉内的温度维持在800℃左右，这一温度高于炉管材料可以适应的温度，如果炉管长期处于该种环境下，必然会出现严重的损伤以及氧化腐蚀问题，高温氧化是导致炉管壁厚减薄以及强度降低的主要原因。通过对加热炉内部的结构进行分析发现，炉管以及燃烧器所处的位置并不统一，炉膛内部存在大量的热烟气，但是这些烟气的分布不均匀，导致炉膛内的温度分布不均匀，对于炉管而言，迎火面和背火面的温度也不均匀，沿着炉管长度的方向，会出现严重的辐射传热问题，最终导致炉管在轴向上存在一定的热应力，在热应力以及氧化腐蚀等联合作用下，炉管的腐蚀产物将会逐渐变厚，腐蚀产物也将会对炉管产生一定的应力，且腐蚀产物的厚度越大，应力越大，此时管道可能会出现断裂问题。通过对金相分析的结果进行进一步的分析发现，在炉管外壁上出现了严重的高温脱碳问题，在原始组织中，珠光体已经开始逐渐的球化，大量的碳化物开始聚集，在背火面位置处，铁素体已经开始逐渐延伸，其具有一定的固溶处理特征。由于炉管内外壁的垢层中都存在大量的碳元素和硫元素，同时，炉管在不同位置处的受热不均匀，因此，炉管内的渣油也并不稳定，其会以某些杂质为中心，逐渐在炉管内外壁上结焦，这种现象会导致出现氧化脱碳问题以及硫化腐蚀问题。蠕变损伤也是引发炉管失效的重要原因，蠕变问题可以分为三个阶段，在加热炉使用的前期阶段，会出现初始蠕变问题，且这种作用在逐渐加强，在加热炉使用的中期阶段，蠕变作用将会处于相对较为稳定的状态，在加热炉使用的后期阶段，蠕变作用的增加幅度相对较大，最终会引发炉管断裂问题。

3 结论

综上所述，在炼油企业日常生产经营的过程中，减粘装置加热炉是其非常重要的组成部分，由于加热炉内的温度相对较高，且温度的分布并不均匀，因此，炉管非常容易出现失效问题，通过对某炼油厂的加热炉进行研究发现，氧化腐蚀以及硫化腐蚀是引发炉管失效的主要原因。

参考文献

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作者简介：李强（1977-）男，辽宁瓦房店人，工程师，从事设备管理工作。