预热炉炉管失效原因分析及预防

马贝贝

（山西焦化股份有限公司，山西 临汾 041606）

1 炉管失效介绍

管道失效是指管道无法发挥原有功效或性能的现象，一般分为自然失效与异常失效两种。由于管道在运行过程中，在内部介质及周围环境的影响下，将会无可避免地产生温度或压力循环、腐蚀、振动以及材质组织的变化等影响材料性能和密封性能等问题，因此任何管道都有一定的使用寿命。由于在用管道在设计、制造、运输、安装和运行管理等各个环节都会引起异常失效，而造成难以预料的悲惨事故发生。常见的失效现象有高温蠕变疲劳损坏，管道过载核引起的损坏，管道震动或松动导致的损坏，管道冲刷、汽蚀导致的壁厚变薄，机械损伤，腐蚀破坏，管道内壁固体物的粘结或沉积，热疲劳损坏等。

2 原因分析

2.1 材质把关

炉管材质是施工质量及施工控制过程中一个主要的环节，也对炉管是否适合应有工况及是否失效起着至关重要的作用。从设计、采购、验收、存放等各个环节都可能引起管材的不合理或提前失效。为避免该情况的发生，有效确保炉管材质，应注意以下几点。

（1）规范设计。要求按照相关设计标准、最低要求、工艺产能及实际核算等具体情况，对炉管进行合理设计，并适当考虑设计裕量，以确保设备在恶劣工况下也能达到应有的最低寿命。从材质成分、厚度、安装要求，甚至对制造厂商的特殊要求等，都将作为设计的依据进行考虑。这是确保主体设备及炉管寿命的第一道关口，也是避免失效的一项有效措施。

（2）严格验收。严格按照图纸中要求的管材、厚度及数量等进行采购。同时向供货方索要相关的材质证明，必要时取样进行成分分析，确保炉管质量。

（3）规范管理。①最好在室内存放，且保持室内干燥，且周围无腐蚀性气体介质，尽量避免管材腐蚀；用一种尺寸的管材不得相邻存放，防止混杂在一起，出现材质错误的现象。②建立完整的物资台账，包括物资名称、材质、厚度、数量、存放位置等内容，并安排专人看管及定期核对（盘库）。③严格出入库程序。必须有主管领导签字，方可出库；紧急情况下，口头答应并在及时补办相关出库手续。有详细的出、入库记录，并适时更新物资台账。

2.2 严格安装程序及标准

按照行业规范及标准进行安装，是工程项目控制的最基本的要求。作为炉管的安装，应主要遵循GB50235-2010《工业金属管道工程施工规范》，并结合DL/T5047—95《电力建设施工及验收技术规范（锅炉机组篇）》要求进行施工及验收；主要涉及的有金属管道的敷设、排列、固定、支吊、焊接等工序的具体要求及标准。尤其是在焊接质量的检测方面，严格根据比例，采用最佳方法或图纸要求的检测方法进行抽样检测，来保证焊缝质量。同时，在施工过程中，还要加强隐蔽过程的阶段性验收，实行过程管理，在保证工程质量的同时，还可防止不必要的返工及资源浪费。

2.3 加强日常检查、检测

（1）宏观检查及测量。外观检查：经对炉管可见部分进行宏观检查，并进行一个描述，重点对所有管排的排列或错位情况、炉管颜色变化情况、炉管结焦、腐蚀、变形、鼓包、支架（吊架）牢固情况等状况进行详细的查看及对比，尤其是弯管、焊口部位要作为重点进行检查。管壁厚度测量：由于管子磨损、机械损伤或腐蚀等外界因素影响，导致炉管壁厚减薄是一种普遍现象，但如果超过运行的减薄量，哪怕是小范围腐蚀变薄，都会威胁到炉管的安全使用。一方面是由于新管子壁厚本身就存在一定的负偏差；同时，在运行工况状态下的自然损耗等情况，都直接导致管壁厚会向着负偏差的方向恶化。一般要求不少于原管子设计标准壁厚的80%，否则应考虑给予更换。如该炉管设计壁厚为9.5毫米，则最小安全壁厚应为7.6毫米。胀粗率测量：由于管子在高温工况下，极易发生蠕变，导致炉管内外径发生一定的变化，出现整体或局部胀粗现象。一般要求外径胀粗不超过原管子设计标准的5%，否则视为炉管失效，应考虑对胀粗炉管局部或整体进行更换。如：该炉管设计外径为φ140毫米，则最大外径为147毫米。而从本论文部分实验可以看出，该炉管外径在140.06～140.25，只有轻微的胀粗，可以安全运行。

（2）对焊口进行渗透检测。焊缝是整根管上较为薄弱的部位，也是失效最为常见的部位。作为对焊口的常规检测方法，渗透检测能被选于其中，也是靠其专门针对焊缝检查，且具有便于操作和检测准确等特有的优势，成为一种最为常见的检测方法。

（3）对高温区炉管进行超声波检测。从多个试验中都可以看出，高温区炉管失效的几率较高。所以根据本文的检测方法，采用超声波进行检测，可以有效检测出缺陷部位和失效情况。

2.4 严格条件的控制

（1）运行温度的控制。作为热力管道，温度为首要考虑因素。既要保证操作过程不超温，又要控制升温速率不宜过快。HK40炉管的标准耐受温度为1040℃。管道变形甚至产生裂纹等失效现象，且防止初期出现水击现象引起管道振动、杂音等，一般冷的蒸汽管道都需要较长时间的预热或暖管。根据实际经验，长时间冷却后的炉管进汽初期，通过只控制旁路阀，将升温速率一般控制在2～3℃/min，且加大疏水；升温中期可提高至 5℃ /min。

（2）工作压力控制。根据炉管材质及设计要求，控制在安全、合理的压力范围内运行，方可保证炉管的运行安全。要严格按照压力管道的管理进行操作管理，保证炉管不超压运行。本炉管的辐射段的设计压力为2.6MPa。

2.5 管壁清理或清洗

由于炉管长时间运行，根据介质的不同，内、外壁结垢或积渣情况不一，轻则影响到炉管的换热效率、造成炉管腐蚀，重则引起爆管的严重失效状况。所以，有必要定期对内外壁进行清理或清洗，提高换热效率，减少炉管失效几率。

（1）内壁冲洗。对于内壁结垢、积渣，通常采用浸泡、清洗的方法结合起来进行，效果较好。一般情况下，在停炉降温降压后，在炉管内上水进行浸泡24～48小时，然后通过反复排水、进水的方式对炉管内壁进行冲洗。清洗周期约为半年，但不会单独（停车）进行，一般结合停车、检修等情况同时进行。化学清洗则是根据内部冲洗后的结垢情况，确定是否进行。如果介质处理正常、运行状况良好，一般不需要进行化学清洗。

（2）外壁结焦清理。对于外壁结焦、积渣情况，一般只能采用机械清理的方法进行处理。根据燃气（一般是焦炉气）种类及洁净程度的不同，建议外壁清理的周期为1年。由于炉内炉管间距空间有限，清理工作较为困难，甚至有些部位无法清理到，但即使不能够完全清理，也不会影响到安全运行。这种清理办法只是进一步提高热效率，在可操作的条件下，尽量防止炉管的失效。

2.6 水压试验

压力管道水压试验是保证整个管道的承压能力，保证在正常设计工况下安全运行。即使再全面的日常检查，也只是对局部或重点部位进行了检查、检测，且不能排除局部在无法预料的特殊情况下的失效。而水压试压则可以完全“无死角”充满整个管道，并通过高于工作压力的水压，使失效的炉管薄弱点暴露，达到彻底排查的目的，保证炉管在运行过程中的安全。一般水压试验压力为设计压力的1.25倍，保压10min。如本文研究的炉管的设计压力为2.6MPa，试验压力为3.25MPa。水压试验一般每3年进行一次。

3 防止炉管失效措施

从设计、采购、验收、存放、预处理等多个环节把关，保证炉管管材的达标及完好。

严格执行安装、检测及验收标准，保证施工质量。

加大日常维保及管理力度，增加检查频次、提高检查标准、使用新的检测技术，对炉管进行常规性检查。

在工艺操作方面，要严格工艺参数控制，尤其是压力、温度的调整与控制。建议温度控制在1040℃以下、压力控制在2.6MPa以下。

做好对炉管内、外壁的清理工作，保证炉管换热效果的同时，防止炉管结焦、结垢等现象的发生，且建议清理周期不大于1年。

定期做水压试验，全面检查炉管的受压情况，主动进行隐患排查及修复，可以减少运行过程中出现的泄漏，变被动维修为主动检查。最佳水压试验周期为1次/3年。