浅谈炼油加热炉盘管选材.docx

浅谈炼油加热炉盘管选材 摘要：炼油加热炉盘管选材主要是炉管的选材。炉管选材的三个要素是:温度、压力和腐蚀。本文从这三个方面讨论炉管选材的要点。 新版SH/T　3036—2012《一般炼油装置用火焰加热炉》(以下简称SH/T　3036)已经发布了,在编写和学习过程中有一些收获和体会,写出来与同行们共享。欢迎不同意见或另有见解者参与讨论。本文是心得体会之四。SH/T　3036第7章规定了十几种炉管常用的材质及其适应的规范。第8章和第9章还规定了与炉管相连的管线和管件选材原则:“弯头的材质应与炉管相同。”“外部转油线应采用与其前段炉管相同的材质;内部转油线应采用与辐射炉管相同的材质。”因此,炼油加热炉盘管选材主要是炉管的选材。另外,SH/T3036还规定“当遮蔽管和辐射管加热同一种介质时,直接受火焰辐射的遮蔽管应采用与其相连的辐射管同样的材质。”也就是说,炉管的选材主要是辐射室炉管的选材。炉管选材的三个要素是:温度、压力和腐蚀。温度是最高管壁金属温度;压力是炉管工作的最高压力;腐蚀主要是炉管内被加热介质的腐蚀。本文将从这三个方面讨论炉管选材的要点。1　最高管壁金属温度加热炉是直接火焰加热的设备,燃料燃烧释放出来的热量,以辐射和对流传热方式传递给炉管金属,再以传导传热方式通过管壁、结垢层和内膜传递给管内介质。与非直接火焰加热的设备和管道相比,有两个重大差别:其一是由于要传热,炉管壁的金属温度与其内部被加热介质之间必须要有足够的温差,这个温差与传热强度(炉管传热的热通量,W/m考虑到计算偏差和操作波动等 因素,SH/T3036还规定了温度裕量:“设计管壁金属温度等于最高管壁金属温度至少加上15℃”。注意,这里规定的温度裕量“至少”是15℃,一般炼油加热炉设计时就取此值即可,但对于两相流或炉管内有化学反应的炉子,有些工程公司规定了更高的温度裕量,例如25℃或40℃。关于急弯弯管的设计温度,SH/T　3036的规定是“炉内的急弯弯管,其设计压力和温度应与所连接的炉管相同。弯头箱内的急弯弯管,其设计压力与所相连的炉管相同,设计温度应等于该处介质的最高操作温度至少再加上30℃。急弯弯管的壁厚至少与所连接的炉管壁厚相同。”从这条规定可以看出,弯头箱内的急弯弯管,由于没有进行辐射传热和对流传热,其管壁金属温度等于该处介质的最高操作温度,只是温度裕量比一般炉管的高。炉管选材时,设计管壁金属温度应低于或等于炉管金属的最高使用温度。炉管金属的最高使用温度首先 要考虑的 是“极限设计金属温度”,它是断裂强度数据可靠值的上限,也就是说,高于此温度查出的断裂许用应力值是不可靠的,不能使用其次是铁素体钢的“临界温度下限”,即金属发生金相变化的开始温度,超过这个温度操作会导致合金显微结构的变化。奥氏体钢没有临界温度下限。在蒸汽-空气烧焦或再生等短时间操作时,允许炉管壁金属温度达到临界温度下限以下30℃的高温设计炉管时,还应考虑氧化、石墨化、渗碳和氢浸蚀等其他因素,提出在较低温度下操作的限制表1列出了各种常用材料的“抗氧化极限温度”,即金属氧化速率急剧上升开始时的温度。炉管在线清焦时管壁金属最高温度不宜高于抗氧化极限温度3　设计压力炉管金属在不同温度下工作的失效机理是完全不同的。在较高温度下工作的钢材,即使应力低于屈服强度也会发生蠕变或永久变形。当炉管金属温度高到足以有显著的蠕变时,炉管最终会由于蠕变-断裂而失效。在较低温度下工作的钢材,蠕变效果不存在或可忽略,在这种条件下,如果没有腐蚀和氧化,炉管可以长期使用而不失效。常用炉管材质的蠕变-断裂温度范围下限大约值列于表2。由于在这两种温度下钢材的性能有着根本的区别,所以炉管有两种不同的设计方法。即“弹性设计”和 “蠕变-断裂设计 (简称断裂 设计)”。工作温度在蠕变-断裂下限温度以下用前者,以上用后者,正好在下限温度附近时,两者均用,取其壁厚者两种设计方法考虑压力作用的时 间长短不同,因此其采用的设计压力也不同。断裂设计考虑的是长期(数年)应力作用下引起蠕变破坏积累的结果,其设计基础是“在设计寿命期间,防止由于蠕变-断裂而损坏”。因此断裂设计压力是炉管“在正常操作期间的最高操作压力”,一般取炉入口压力。断裂许用应力取“给定设计寿命内最小断裂强度的100%”。弹性设计考虑的是防止在最高压力期间管壁金属应力过大,其设计基础是“腐蚀裕量用尽之后,接近寿命末期时,防止在最高压力状态下因破裂而损坏”。因此弹性设计压力是炉管“短期内可能承受的最高压力”,一般取安全阀定压或泵的关闭压力。弹性许用应力对铁素体钢“为相应温度下屈服强度的2/3,”对奥氏体钢“为相应温度下屈服强度的90%”对于一般炉管选材来说,设计压力好像不是一个主要参数,只需按温度和腐蚀选定材质,按文献