专利名称：用于更换重整单元中的炉管的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于更换烃类蒸气重整单元中的加热炉的炉管的方法。
背景技术：
用于例如生物甲醇的烃类或碳和氢的其它来源的重整过程使用了包括 燃烧器和炉管的燃烧室，该炉管填充有可由烃类和蒸汽的混合物通过的催 化剂。燃烧器布置成使得通常将热量从火焰辐射到燃烧室的耐高温壁，将 由其燃烧产生的热量通过炉管的壁部传递到烃类和蒸汽的混合物。此过程
使用非常高的温度，通常在950'C至1050X:左右，接近炉管金属合金的屈
服强度。这就是为什么使用可应用于高温的炉管的原因，通常，钢制炉管
包括重量比为25%的Cr和重量比为35%的Ni，可选地，添加有例如Nb、 Ti、 W、 Co和Zr的元素。但是，即使这些由特殊合金制成的炉管也会随 时间而受到损害并有破裂的危险。炉管的开裂对重整过程的运行造成很大 损失，因为它会导致该过程过早地中断以便更换炉管。通常情况下，炉管 设计成在称为"设计温度，，的给定操作温度下具有约100 OOO小时的使用 寿命(本领域技术人员一般用年来表示此使用寿命，该使用寿命持续约10 年)；但是，在比设计温度高20。C的温度下运行将使得炉管的使用寿命减 半，启动阶段、反应混合物的成分改变也常常对炉管的使用寿命造成负面 影响。因此，重要的是能够预测炉管有破裂危险的时刻，以便能够在加热 炉的维修阶段按计划地更换炉管而不是在加热炉的工作期间更换炉管
发明内容
本发明的目的是提供一种用于更换重整炉的炉管的方法，该方法使得 能够避免加热炉运行期间这些炉管的意外开裂。
为此，发明涉及一种用于更换对烃类或碳和氢的其它来源进行重整的 单元中的炉管的方法，该单元使用包括燃烧器和所述炉管的燃烧室，所述 炉管填充有催化剂且能够通过烃类和蒸汽的混合物，从每个炉管被结合到 所述燃烧室中后的第一次使用起判定所述每个炉管的^f吏用期，燃烧器布置 成将由其燃烧产生的热量通过炉管的壁部传递到烃类和蒸汽的混合物中，
其中执行以下步骤
画 测量炉管外直径的增大量A D， △ D= (Dt-D0) /D0xlOO， D。是 未^^用过的炉管的直径，Dt是测量时炉管的直径；
- 对炉管拍摄X光照片；
- 制作炉管的外表面的复型(r印lique ); 其中 一旦遇到以下情况中的至少 一种时就更换炉管
- 炉管的直径增大量A D大于3%;
- 炉管的X光照片中显示至少一个裂紋； 曙 炉管的复型表明
. 热老化，其中在一次析出(pr6cipit6sprimaires)之间观察不到
二次析出(pr会cipitds seeondaires ); 和/或 蠕变破坏，其中观察到出现一系列孔洞和/或晶界。 根据本发明的方法使得能够根据至少三种类型的测量来判定是否需要 更换炉管。这些测量在每次新的生产运行之前执行。通常情况下，生产运 行至少持续两年。它的停工通常是预先计划的以便于操作单元的维护。使 用的炉管通常由HP类型的合金制成。
根据该方法的一种变型，此方法的特征在于更换4吏用期至少为五年的 炉管。
炉管的使用期从炉管被装栽入燃烧室中的时刻起开始计算。由于除了 技术性停工之外，重整过程是连续工作的，所以炉管的工作时间(或使用
期)对应于它被安装在燃烧室中后的运行持续时间的总和；不论是在两次生产运行之间的计划停工还是由于故障的停工，技术性停工的时间大约是
每年几天，可估计这些停工时间小于总运行时间的5%;通常，对于估计 炉管的使用期而言，停工时间也是可忽略不计的。相对于其设计的使用寿 命(通常是100 000小时)，炉管的提前更换是一种考虑了与炉管过热相 关的过早老化危险的安全措施。可选地，用于控制重整过程的进程的补充 方法能够使得对炉管老化有更好的了解，并在某些情况下可使这些炉管有 更长的使用期。
第一种类型的测量涉及炉管直径的增大量。具体地，炉管在热的作用 下会膨胀。直径的增大量A D可从在每个炉管的全长上测得的直径Dt推知 Dt的值对应于在测量时在此长度上记录的最大直径。在每次开始新的生产 运行之前在燃烧室的全部炉管上执行这种测量。优选地，如果在各炉管的 测量过程中，炉管的直径增大量A D在2。/。至3。/。之间，那么所迷炉管中的 至少一个被拆卸以用于破坏性分析。术语"破坏性分析"理解成该分析 需要炉管破坏；即，例如切下炉管的片段以进行显微分析或对样品进行加 工以便执行蠕变和拉伸测试。
本发明的方法中使用的第二种类型的测量是炉管的X光照片。对于侧 向式加热的重整器的炉管，在和重整器的位于最热部分处的最低焊缝的同 一高度处拍^L这种X光照片。在新的生产运行开始前仅对燃烧室内全部炉 管的5%执行这种类型的测量。这5%的炉管选自在上一次生产运行期间处 于最高温度下的炉管；该选择是基于上一次生产运行期间的炉管的温度记 录进行的。然后，在新的生产运行结束时，将检查也代表所有炉管的5% 的其它炉管，遵循相同的标准。
优选地，如果根据X光照片的结果需要更换炉管，则在开始新的生产 运行之前对炉管的另外的5%拍4聂新的X光照片。
本发明的方法中使用的第三种类型的测量方法是制作炉管的复型。通 过复型进行的测量包括在炉管的金属表面上获取印模和对其进行金相实 maallurgique )。具体地，已经观察到表面的金相状态(6tat m&allurgique)是炉管内部的金相状态的一种反映。对于侧向式加热的重整器的炉管，通过复型进行的测量是在生产期间处于最高温度下的炉管部分
上执行的；此部分通常对应于下三分之一。才艮据已知的用于研究钢的金相 学的技术，在获取印模之前，对炉管的外壁表面进行抛光预处理。 一直将 抛光执行到被抛光的表面具有镜子的外观为止。然后，被抛光的表面利用 合适的反应剂进行化学腐蚀，例如具有以下化学成分的大理石反应剂 (Mactifde marble) : 4g的硫酸铜、20ml的浓缩盐酸和20ml的软化水。 在对炉管表面进行预处理后，例如由乙酸盐的膜构成的复型被粘结于表面 以便记录炉管的微结构。然后，分别从热老化的角度和蠕变破坏的角度来 分析此复型。
蠕变破坏的分析包括利用显微镜简单地进行观察，以便将该表面归类 为以下类型中的一种
- 类型O:从未受热的未使用过的材料；
- 类型l:未出现任何孔洞的蠕变的材料；
画类型2a:出现有孤立孔洞的蠕变后期的材料；
- 类型2b:出现无优选取向的大量孔洞的蠕变后期的材料；
- 类型3a:出现大量定向孔洞的蠕变破坏的材料；
- 类型3b:出现系列孔洞和/或晶界的深度蠕变破坏的材料；
- 类型4:出现微裂紋的后期蠕变破坏；和
- 类型5:出现微裂紋的深度后期蠕变破坏。 这种分类对应于VGB-TW507中描述的VGB-TW507标准
"Richtreihen zur Bewertung der Gefuegeausbildung und —schaedigung zeitstandbeanspruchter Werkstoffe von Hochdruckrohrleitungen und Kessdbauteilen. VGB Kraftwerkstechnik GmbH， Essen， 1992"。
图1示出 蠕变破坏的各个类型2a至4:黑点1表示孔洞，且在类型4中观察到微裂 紋2。
根据本发明，如果分析到类型3b或以上的蠕变破坏，就必须更换炉管。 热老化的分析包括利用显微镜简单地进行观察，以便将该表面归类为 以下类型中的一种- 类型0:从未受热和从未经受任何热老化的未使用过的材料， 一次共晶析出在凝固晶胞周围，尺寸适中、清楚且轮廓清晰， 且奥氏体基体没有二次析出；
- 类型l:在一次析出之间出现非常细小的二次析出；
- 类型2:在一次析出之间出现细小的二次析出；
- 类型3:在一次析出之间出现少量大的二次析出，且一次析出 有聚结的迹象；
- 类型4: 一次析出之间没有二次析出，且出现易于聚集的密集 的一次冲斤出；和
画 类型5: —次析出之间没有二次析出，且出现大的聚集的一次 析出。
一次共晶析出的尺寸比二次析出的尺寸大。 一次冲斤出由炉管合金的熔 融和凝固而得到。二次析出比一次析出更加细小，未4吏用过的合金不会出 现二次析出，它们仅在合金受热的过程中出现。但是，如果热老化非常显 著，二次析出会消失。
图2示出热老化的各个类型0至5。根据本发明，如果分析到类型4 或以上的热老化，就必须更换炉管。
然后，被更换的炉管会进行破坏性分析以便检测它们受到的破坏，并 用于改进用于检测炉管的常规方法以便做出更换它们的判定。
权利要求
1.一种用于更换对烃类或碳和氢的其它来源进行重整的单元中的炉管的方法，所述单元使用包括燃烧器和所述炉管的燃烧室，所述炉管填充有催化剂且能够通过烃类和蒸汽的混合物，从每个所述炉管被结合到所述燃烧室中后的第一次使用起判定所述每个炉管的使用期，所述燃烧器布置成将由其燃烧产生的热量通过炉管的壁部传递到烃类和蒸汽的混合物中，其特征在于，在开始新的生产运行时，执行以下步骤-测量炉管直径的增大量ΔD，其中ΔD＝(Dt-D0)/D0×100，D0是未使用过的炉管的直径，Dt是测量时的炉管直径；-对炉管拍摄X光照片；-制作炉管表面的复型；其中一旦遇到以下情况中的至少一种时就更换炉管-炉管的直径增大量ΔD大于3％；-炉管的X光照片中显示至少一个裂纹；-炉管的复型表明·热老化，使得在一次析出之间观察不到二次析出；·和/或蠕变破坏，使得观察到出现系列孔洞和/或晶界。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，更换使用期至少等于 五年的炉管。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，测量所述燃烧室 的每个炉管的直径增大量A D。
4. 根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，在每个所述炉管 的全长上测量直径增大量A D。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如果炉管 的直径增大量A D在2%至3%之间，则拆卸所述炉管中的至少一个以用于 破坏性分析。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于侧向式加热重整器的炉管而言，在和重整器的位于最热部分处的最低焊缝的同一高度处拍摄x光照片。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对全部所 述炉管的5。/。拍摄X光照片。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如果根据 炉管的X光照片更换了炉管，则在开始新的生产运行之前对炉管的另外的 5y。再次拍摄X光照片。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在生产期 间处于最高温度下的炉管部分上制作炉管的复型。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，复型由全 部炉管的5%形成。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如果根据 炉管的复型更换了炉管，则在开始新的生产运行之前再次制作炉管的另外 的5%的复型。
全文摘要
本发明涉及一种用于更换烃类-蒸汽重整单元中的炉管的方法，该方法包括在开始任何新的生产运行之前测量炉管直径的增大量；拍摄炉管的X光照片；制作炉管表面的复型；其中，当满足以下情况中的至少一种时更换炉管直径增大量大于3％；X光照片包括至少一个裂纹；复型显示足够的热老化和/或蠕变变形。
文档编号G01M99/00GK101563154SQ200780046915
公开日2009年10月21日 申请日期2007年12月19日 优先权日2006年12月21日
发明者J·弗塔多, S·瓦斯蒂奥 申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司