制造异物引发的加热炉炉管过热变形

2014-03-28潘友强马宏伟蔡新峰中国石油新疆油田公司百口泉采油厂

中国特种设备安全 2014年3期

潘友强马宏伟蔡新峰中国石油新疆油田公司百口泉采油厂

加热炉炉管过热变形是一种常见的设备事故，原因多种多样，但新疆油田百口泉天然气处理站曾出现的一起加热炉炉管过热变形事故却有些特别，以至于在调查初期还差一点下错了结论。

1 加热炉炉管被判定整体报废

再生气加热炉是天然气处理系统中的一种常用设备，其炉管内工作介质（被加热介质）为天然气，其目的是脱水、脱烃后成干气，主要用途是对分子筛进行再生。

新疆油田百口泉天然气处理站2009年10月新建了一台400kW再生气加热炉，该炉型号GL400－Q/0.7－Q，设计流量220-450Nm3/h，设计工作压力0.7 MPa。根据油田内部加热炉使用有关要求，新建加热炉使用一年后要对加热炉进行检测。2010年9月委托克拉玛依市专业检验机构检验，检验结论：进口炉管、出口炉管变形严重，表面氧化严重，判定炉管整体报废。

2 联合调查原因难以明确

为查明加热炉炉管过热变形的原因，使用单位、制造单位与设计单位进行了联合调查。从使用年限、工作温度、工作介质、介质流量、操作压力，燃烧器的设计与配置、炉管材料选用、炉管布局等方面进行分析，均未发现明显异常；从加热炉单进单出的管程结构设计判断，也排除了偏流引起炉管过热的可能性。初步调查结论：可能是炉管材质耐高温性能不足所致，需更换耐高温材质的炉管。

3 炉管过热变形原因破解

2010年10月施工人员对问题炉管进行了拆除，用气焊割断炉管时发现出口炉管有较多的灰黑色附着物（如图1所示)，约占炉管横截面的二分之一，而进口炉管内则光洁通畅，岗位工人将该附着物称之为天然气结焦，这个议论很快传到了主管技术人员处，引起了技术人员的注意，并赶赴现场调查。

图1 带有附着物的出口炉管横截面示意图

结焦，一般是指原油加热炉内的胶质、沥青质等成分在异常工况下所形成的一种固体物质。百口泉天然气处理站再生气加热炉炉管内的介质为处理后的干气（主要成分是：甲烷90%，乙烷6%，丙烷2%，其它成分约占2%)，天然气一般不会结焦。

现场观察发现附着物呈灰黑色，酷似炼钢炉的铁渣。用铁棒敲击，附着物坚硬致密，而结焦物一般都比较脆软，用锐器较容易刮下来，两者性质截然不同。根据加热炉工作介质为天然气的现实判断，气体应该充满整个炉管，如果天然气结焦，应该是炉管接受火焰辐射的一面较为严重。安排施工人员对高温直管段割开检查，未发现结焦痕迹。

委托有关机构对附着物进行检测分析，分析结果是：该附着物的主要成分是焊渣、并有少量金属物质，与天然气（干气）的成分毫不相干。至此，加热炉炉管过热变形的原因得到了完全破解。

原来，加热炉在制造时，焊工不慎将焊渣、焊条头、金属碎屑等异物残留在了炉管内。加热炉运至现场安装完成点炉前，岗位工人打开进出、口阀，由于炉管管径较小（通径80mm)，弯头数较多(筒体内共有弯头40个)，焊渣等异物在再生气的推动下，在炉管的某一弯头处聚集，最终堵塞了天然气的通道，因流量计仅有一次表，岗位工人在中控室不知无流量的现实开始点火，炉管在无流量情况下干烧，炉管温度很快上升接近熔点，此时炉管内的焊渣等异物由于熔点较低首先熔化成流体，在再生气压力的推动下，被携带到加热炉的出口遇低温凝固吸附在炉管壁上形成了坚硬的附着物，该附着物被岗位工人称之为天然气结焦，实质是异物高温熔化的产物。此时加热炉通道也基本被打通，相对低温（60-70℃）的再生气进入炉管内与接近熔点的炉管接触，在温度剧变、自重及内部介质压力的多重因素作用下产生严重变形，随后炉管内介质流量趋于稳定，炉管的温度降至设计工作温度水平，最终没有酿成炉管烧穿的严重事故，但炉管变形已不可逆转。整个过程大约在10min左右时间。

加热炉制造单位对该分析结论没有异议，经双方协商，制造方与使用单位各承担一定比例的修复费用，最终按原设计炉管材质（1Gr5Mo低合金钢）对炉管进行了更换。

其后，每年对该加热炉检验一次，到目前（2013年）已连续检验2次，均未发现变形问题，更不存在结焦现象。