專利名稱：用于更換重整單元中的爐管的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于更換烴類蒸氣重整單元中的加熱爐的爐管的方法。
背景技術：
用于例如生物甲醇的烴類或碳和氫的其它來源的重整過程使用了包括 燃燒器和爐管的燃燒室，該爐管填充有可由烴類和蒸汽的混合物通過的催 化劑。燃燒器布置成使得通常將熱量從火焰輻射到燃燒室的耐高溫壁，將 由其燃燒產生的熱量通過爐管的壁部傳遞到烴類和蒸汽的混合物。此過程
使用非常高的溫度，通常在950'C至1050X:左右，接近爐管金屬合金的屈
服強度。這就是為什么使用可應用于高溫的爐管的原因，通常，鋼制爐管
包括重量比為25%的Cr和重量比為35%的Ni，可選地，添加有例如Nb、 Ti、 W、 Co和Zr的元素。但是，即使這些由特殊合金制成的爐管也會隨 時間而受到損害并有破裂的危險。爐管的開裂對重整過程的運行造成很大 損失，因為它會導致該過程過早地中斷以便更換爐管。通常情況下，爐管 設計成在稱為"設計溫度，，的給定操作溫度下具有約100 OOO小時的使用 壽命(本領域技術人員一般用年來表示此使用壽命，該使用壽命持續約10 年)；但是，在比設計溫度高20。C的溫度下運行將使得爐管的使用壽命減 半，啟動階段、反應混合物的成分改變也常常對爐管的使用壽命造成負面 影響。因此，重要的是能夠預測爐管有破裂危險的時刻，以便能夠在加熱 爐的維修階段按計劃地更換爐管而不是在加熱爐的工作期間更換爐管
發明內容
本發明的目的是提供一種用于更換重整爐的爐管的方法，該方法使得 能夠避免加熱爐運行期間這些爐管的意外開裂。
為此，發明涉及一種用于更換對烴類或碳和氫的其它來源進行重整的 單元中的爐管的方法，該單元使用包括燃燒器和所述爐管的燃燒室，所述 爐管填充有催化劑且能夠通過烴類和蒸汽的混合物，從每個爐管被結合到 所述燃燒室中后的第一次使用起判定所述每個爐管的^f吏用期，燃燒器布置 成將由其燃燒產生的熱量通過爐管的壁部傳遞到烴類和蒸汽的混合物中，
其中執行以下步驟
畫 測量爐管外直徑的增大量A D， △ D= (Dt-D0) /D0xlOO， D。是 未^^用過的爐管的直徑，Dt是測量時爐管的直徑；
- 對爐管拍攝X光照片；
- 制作爐管的外表面的復型(r印lique ); 其中 一旦遇到以下情況中的至少 一種時就更換爐管
- 爐管的直徑增大量A D大于3%;
- 爐管的X光照片中顯示至少一個裂紋； 曙 爐管的復型表明
. 熱老化，其中在一次析出(pr6cipit6sprimaires)之間觀察不到
二次析出(pr會cipitds seeondaires ); 和/或 蠕變破壞，其中觀察到出現一系列孔洞和/或晶界。 根據本發明的方法使得能夠根據至少三種類型的測量來判定是否需要 更換爐管。這些測量在每次新的生產運行之前執行。通常情況下，生產運 行至少持續兩年。它的停工通常是預先計劃的以便于操作單元的維護。使 用的爐管通常由HP類型的合金制成。
根據該方法的一種變型，此方法的特征在于更換4吏用期至少為五年的 爐管。
爐管的使用期從爐管被裝栽入燃燒室中的時刻起開始計算。由于除了 技術性停工之外，重整過程是連續工作的，所以爐管的工作時間(或使用
期)對應于它被安裝在燃燒室中后的運行持續時間的總和；不論是在兩次生產運行之間的計劃停工還是由于故障的停工，技術性停工的時間大約是
每年幾天，可估計這些停工時間小于總運行時間的5%;通常，對于估計 爐管的使用期而言，停工時間也是可忽略不計的。相對于其設計的使用壽 命(通常是100 000小時)，爐管的提前更換是一種考慮了與爐管過熱相 關的過早老化危險的安全措施。可選地，用于控制重整過程的進程的補充 方法能夠使得對爐管老化有更好的了解，并在某些情況下可使這些爐管有 更長的使用期。
第一種類型的測量涉及爐管直徑的增大量。具體地，爐管在熱的作用 下會膨脹。直徑的增大量A D可從在每個爐管的全長上測得的直徑Dt推知 Dt的值對應于在測量時在此長度上記錄的最大直徑。在每次開始新的生產 運行之前在燃燒室的全部爐管上執行這種測量。優選地，如果在各爐管的 測量過程中，爐管的直徑增大量A D在2。/。至3。/。之間，那么所迷爐管中的 至少一個被拆卸以用于破壞性分析。術語"破壞性分析"理解成該分析 需要爐管破壞；即，例如切下爐管的片段以進行顯微分析或對樣品進行加 工以便執行蠕變和拉伸測試。
本發明的方法中使用的第二種類型的測量是爐管的X光照片。對于側 向式加熱的重整器的爐管，在和重整器的位于最熱部分處的最低焊縫的同 一高度處拍^L這種X光照片。在新的生產運行開始前僅對燃燒室內全部爐 管的5%執行這種類型的測量。這5%的爐管選自在上一次生產運行期間處 于最高溫度下的爐管；該選擇是基于上一次生產運行期間的爐管的溫度記 錄進行的。然后，在新的生產運行結束時，將檢查也代表所有爐管的5% 的其它爐管，遵循相同的標準。
優選地，如果根據X光照片的結果需要更換爐管，則在開始新的生產 運行之前對爐管的另外的5%拍4聶新的X光照片。
本發明的方法中使用的第三種類型的測量方法是制作爐管的復型。通 過復型進行的測量包括在爐管的金屬表面上獲取印模和對其進行金相實 maallurgique )。具體地，已經觀察到表面的金相狀態(6tat m&allurgique)是爐管內部的金相狀態的一種反映。對于側向式加熱的重整器的爐管，通過復型進行的測量是在生產期間處于最高溫度下的爐管部分
上執行的；此部分通常對應于下三分之一。才艮據已知的用于研究鋼的金相 學的技術，在獲取印模之前，對爐管的外壁表面進行拋光預處理。 一直將 拋光執行到被拋光的表面具有鏡子的外觀為止。然后，被拋光的表面利用 合適的反應劑進行化學腐蝕，例如具有以下化學成分的大理石反應劑 (Mactifde marble) : 4g的硫酸銅、20ml的濃縮鹽酸和20ml的軟化水。 在對爐管表面進行預處理后，例如由乙酸鹽的膜構成的復型被粘結于表面 以便記錄爐管的微結構。然后，分別從熱老化的角度和蠕變破壞的角度來 分析此復型。
蠕變破壞的分析包括利用顯微鏡簡單地進行觀察，以便將該表面歸類 為以下類型中的一種
- 類型O:從未受熱的未使用過的材料；
- 類型l:未出現任何孔洞的蠕變的材料；
畫類型2a:出現有孤立孔洞的蠕變后期的材料；
- 類型2b:出現無優選取向的大量孔洞的蠕變后期的材料；
- 類型3a:出現大量定向孔洞的蠕變破壞的材料；
- 類型3b:出現系列孔洞和/或晶界的深度蠕變破壞的材料；
- 類型4:出現微裂紋的后期蠕變破壞；和
- 類型5:出現微裂紋的深度后期蠕變破壞。 這種分類對應于VGB-TW507中描述的VGB-TW507標準
"Richtreihen zur Bewertung der Gefuegeausbildung und —schaedigung zeitstandbeanspruchter Werkstoffe von Hochdruckrohrleitungen und Kessdbauteilen. VGB Kraftwerkstechnik GmbH， Essen， 1992"。
圖1示出 蠕變破壞的各個類型2a至4:黑點1表示孔洞，且在類型4中觀察到微裂 紋2。
根據本發明，如果分析到類型3b或以上的蠕變破壞，就必須更換爐管。 熱老化的分析包括利用顯微鏡簡單地進行觀察，以便將該表面歸類為 以下類型中的一種- 類型0:從未受熱和從未經受任何熱老化的未使用過的材料， 一次共晶析出在凝固晶胞周圍，尺寸適中、清楚且輪廓清晰， 且奧氏體基體沒有二次析出；
- 類型l:在一次析出之間出現非常細小的二次析出；
- 類型2:在一次析出之間出現細小的二次析出；
- 類型3:在一次析出之間出現少量大的二次析出，且一次析出 有聚結的跡象；
- 類型4: 一次析出之間沒有二次析出，且出現易于聚集的密集 的一次沖斤出；和
畫 類型5: —次析出之間沒有二次析出，且出現大的聚集的一次 析出。
一次共晶析出的尺寸比二次析出的尺寸大。 一次沖斤出由爐管合金的熔 融和凝固而得到。二次析出比一次析出更加細小，未4吏用過的合金不會出 現二次析出，它們僅在合金受熱的過程中出現。但是，如果熱老化非常顯 著，二次析出會消失。
圖2示出熱老化的各個類型0至5。根據本發明，如果分析到類型4 或以上的熱老化，就必須更換爐管。
然后，被更換的爐管會進行破壞性分析以便檢測它們受到的破壞，并 用于改進用于檢測爐管的常規方法以便做出更換它們的判定。
權利要求
1.一種用于更換對烴類或碳和氫的其它來源進行重整的單元中的爐管的方法，所述單元使用包括燃燒器和所述爐管的燃燒室，所述爐管填充有催化劑且能夠通過烴類和蒸汽的混合物，從每個所述爐管被結合到所述燃燒室中后的第一次使用起判定所述每個爐管的使用期，所述燃燒器布置成將由其燃燒產生的熱量通過爐管的壁部傳遞到烴類和蒸汽的混合物中，其特征在于，在開始新的生產運行時，執行以下步驟-測量爐管直徑的增大量ΔD，其中ΔD＝(Dt-D0)/D0×100，D0是未使用過的爐管的直徑，Dt是測量時的爐管直徑；-對爐管拍攝X光照片；-制作爐管表面的復型；其中一旦遇到以下情況中的至少一種時就更換爐管-爐管的直徑增大量ΔD大于3％；-爐管的X光照片中顯示至少一個裂紋；-爐管的復型表明·熱老化，使得在一次析出之間觀察不到二次析出；·和/或蠕變破壞，使得觀察到出現系列孔洞和/或晶界。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，更換使用期至少等于 五年的爐管。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，測量所述燃燒室 的每個爐管的直徑增大量A D。
4. 根據權利要求1或3所述的方法，其特征在于，在每個所述爐管 的全長上測量直徑增大量A D。
5. 根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，如果爐管 的直徑增大量A D在2%至3%之間，則拆卸所述爐管中的至少一個以用于 破壞性分析。
6. 根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，對于側向式加熱重整器的爐管而言，在和重整器的位于最熱部分處的最低焊縫的同一高度處拍攝x光照片。
7. 根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，對全部所 述爐管的5。/。拍攝X光照片。
8. 根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，如果根據 爐管的X光照片更換了爐管，則在開始新的生產運行之前對爐管的另外的 5y。再次拍攝X光照片。
9. 根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在生產期 間處于最高溫度下的爐管部分上制作爐管的復型。
10. 根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，復型由全 部爐管的5%形成。
11. 根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，如果根據 爐管的復型更換了爐管，則在開始新的生產運行之前再次制作爐管的另外 的5%的復型。
全文摘要
本發明涉及一種用于更換烴類-蒸汽重整單元中的爐管的方法，該方法包括在開始任何新的生產運行之前測量爐管直徑的增大量；拍攝爐管的X光照片；制作爐管表面的復型；其中，當滿足以下情況中的至少一種時更換爐管直徑增大量大于3％；X光照片包括至少一個裂紋；復型顯示足夠的熱老化和/或蠕變變形。
文檔編號G01M99/00GK101563154SQ200780046915
公開日2009年10月21日 申請日期2007年12月19日 優先權日2006年12月21日
發明者J·弗塔多, S·瓦斯蒂奧 申請人:喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司