镇海延迟焦化加热炉炉管的红外监测.doc

延迟焦化加热炉炉管的红外监测中石化镇海炼化公司研究中心 阎西祥 董绍平1 前言 渣油出口注水 渣油入口 31 36 27 9 8 1图1加热炉辐射管流程示意图长期以来，焦化加热炉炉管外壁温度是人们比较关注的重要参数，其重要性有几方面：(1)、根据测出的温度分布分析判断管内结焦状况；(2)、控制管壁温度，避免超过设计值；(3)、及时了解炉膛内部燃烧状况，如火咀的分布，火焰的扑管等。目前，管式加热炉一般在炉膛以及入口、出口处安放热电偶进行温度监控，这种方式仅能满足工艺生产需要，但无法用它来掌握全炉管的热状态。据调查，石化集团公司已发生过数起因炉管结焦而引起的爆管事故，造成重大经济损失。因此，有必要对加热炉管壁表面温度最高点或结焦最严重部位的温度实施定期监测。2 红外测试技术的应用98年初，加热炉负荷增大，一个月后，加热炉辐射段炉管压差增大，处理量下降，炉膛温度偏高。我们用minolta tr-420红外点温计对焦化加热炉进行检测，发现多处炉管严重超温，炉管表面平均温度在650以上，高温区最高温度达735左右，大大高于炉管使用温度650，已有高温蠕变趋势。为此我们进一步对炉管进行了连续监测、分析。加热炉辐射管示意图见图1，基本参数见表1。所用点温计精确度：1%，量程：450-2000，能滤掉火焰辐射。表1 炉管基本参数材料外径壁厚外壁允许温度介质压力入口温度出口温度外壁热强度cr5mo127mm10mm6501.6mpa 36849625.27kw/m22.1 温度校正与测试一般物体表面温度不同，用红外技术测量炉内高温炉管表面温度的影响因素如下：l 炉内壁温度高于炉管温度，即受强辐射源的影响；l 受炉内粉尘的影响；l 受炉膛内火焰的影响，炉内气体、蒸汽和二氧化碳等三原子气体对红外线的吸收作用。由于以上因素的交互作用，用红外技术测取高温炉管表面的温度及其分布是个非常复杂的问题，所测温度并不是炉管的真实温度，而是这些因素交互作用的结果，因而对测试结果的分析计算显得非常重要。对炉管测试而言，有以下关系式：wc=0wt+0wa+(1-0)watm+0ws(1)式中：wc红外测温仪接收的总辐射；wt炉管本身的辐射；wa炉管反射高温炉墙的辐射；watm大气辐射；ws高温烟气的辐射；0大气修正系数；根据lowtran大气模型，有0=e-(do 0.5-1)(2)大气衰减系数；do大气光路长度；根据具体条件，取=0.046, do =0.4，代入(2)式计算出：0=1.0171在测试炉管时，使用火焰滤光片，滤掉烟气的辐射及反射，另考虑到大气辐射远比炉管辐射小，(1)式可改写为：wc=0wt+0wa(3-a)根据斯蒂芬玻尔兹曼定律，又可将(3-a)式改写为：tc4=0t4+0(1-) ta4 (3-b)t=tc4-0(1-) ta4/01/4(4)式中：t校正后炉管温度；炉管辐射系数；tc红外仪显示的炉管温度；ta炉管测试点周围炉墙温度。2.2 寿命评估：以larsonmiller理论作为基础，以蠕变模型为根本出发点，可以进行炉管的寿命评估工作2，确定检修周期和判废时间，计算高温炉管的损伤程度和剩余寿命。api530中包含了高温炉管所用的l-m常数，因而基于l-m理论基础上的api530已广泛应用于实际的检测工作中，其计算方法如下：t（c+log lf）=lmp(5)其中c 为常数，由钢的组织决定，lmp为lm常数，t为炉管外壁温度，lf为剩余寿命，可根据炉管所受的应力由api530查出，因而只要测出炉管的外壁温度，即可估算炉管的剩余寿命。2.3结果分析经过数据处理，得出以下结果：2.3.1 从整体温度看，炉膛内炉管表面平均温度在650以上，大大高于管内介质温度，存在着结焦现象。辐射室遮蔽管及底部炉管表面温度分布相对较为均匀，温度值在550至600左右，结焦均匀，南侧第17-23根炉管(炉管序号从加热炉底部排起，下同)为严重结焦区，表面温度高于600的炉管多集中于此。从南北两侧炉管的对比看，南侧的结焦比北侧严重。表现为表面温度高于600的炉管数比北侧多，表面平均温度值大于北侧。在每一根结焦的炉管中，不同部位其温度相差很大，表明同一根炉管结焦情况也不完全相同。这说明炉管的结焦与炉膛内温度场的不均匀度有关。温度场的不均匀引起炉管局部过热，造成炉管结焦。炉管结焦是在管内壁表面上生成，由于介质和管壁的接触面存在着一边界层，所以如果介质在边界层内的温度或者管壁的温度比管内流体的温度高出一定的值，就会使管内介质发生热裂解，裂解反应的焦质生成物积聚在一起，形成焦层。局部焦层生成后，使传热效果恶化，焦层向纵深发展，造成炉管大面积结焦，最后导致炉管出入口压降增大，处理量下降。2.3.2炉管寿命评估：炉管在工作压力下的环向应力为：s =pd/2t=10.7mpa式中：为炉管工作压力,取p=1.6mpa；为炉管内径,d=107mm；为炉管壁厚，考虑氧化层厚度2，取t =8mm。由于焦化加热炉管内操作压力低（1.6mpa），管壁所受的应力小于larsonmiller曲线中该材料的应力下限12mpa，在蠕变范围内对炉管剩余寿命影响不大，炉管尚处在安全期内。但炉管管壁温度长期超高会导致结焦速度加快，造成炉管严重渗碳。同时由于管壁温度较高也会造成炉管管壁温度应力增大使炉管弯曲。为此建议只进行烧焦，而无须更换炉管。表2加热炉炉管烧焦前温度数据（）南侧炉管东头第一跨北侧炉管东头第一跨炉管编号3月6日（烧焦前）炉管最高温度校正后温度炉管编号3月6日（烧焦前）炉管最高温度校正后温度15694654862949716741706967947617759725107135341876773411685540197687351273654620763730137085372175371914709545227447091571453323721684167205032469565517707476表3 加热炉炉管烧焦后温度数据表（）南侧炉管东头第一跨北侧炉管东头第一跨炉管编号4月20日（烧焦后）炉管最高温度校正后温度炉管编号4月20日（烧焦后）炉管最高温度校正后温度15560497854347616543476960455117590534106135611859554011584527196005461259954520593537135885302159954514580522225895331558352523565503165865292454347617580522 () (根)(根)2根据红外监测报告，车间对加热炉炉管进行烧焦，重新运行后，从图2可知，烧焦前后炉管的温度变化很大，烧焦后炉管表面平均温度均低于600，满足炉管设计温度要求。说明加热炉烧焦效果良好。以后，根据我们的监测结果，车间定期对喷火咀进行调节，稳定炉内温度场，有效地延缓了管内结焦，保证了焦化装置的长周期运行。3 结论：3.1通过对炉管的红外监测，能及时掌握加热