制造異物引發(fā)的加熱爐爐管過熱變形

潘友強(qiáng) 馬宏偉 蔡新峰 中國(guó)石油新疆油田公司百口泉采油廠

加熱爐爐管過熱變形是一種常見的設(shè)備事故，原因多種多樣，但新疆油田百口泉天然氣處理站曾出現(xiàn)的一起加熱爐爐管過熱變形事故卻有些特別，以至于在調(diào)查初期還差一點(diǎn)下錯(cuò)了結(jié)論。

1 加熱爐爐管被判定整體報(bào)廢

再生氣加熱爐是天然氣處理系統(tǒng)中的一種常用設(shè)備，其爐管內(nèi)工作介質(zhì)（被加熱介質(zhì)）為天然氣，其目的是脫水、脫烴后成干氣，主要用途是對(duì)分子篩進(jìn)行再生。

新疆油田百口泉天然氣處理站2009年10月新建了一臺(tái)400kW再生氣加熱爐，該爐型號(hào)GL400－Q/0.7－Q，設(shè)計(jì)流量220-450Nm3/h，設(shè)計(jì)工作壓力0.7 MPa。根據(jù)油田內(nèi)部加熱爐使用有關(guān)要求，新建加熱爐使用一年后要對(duì)加熱爐進(jìn)行檢測(cè)。2010年9月委托克拉瑪依市專業(yè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)論：進(jìn)口爐管、出口爐管變形嚴(yán)重，表面氧化嚴(yán)重，判定爐管整體報(bào)廢。

2 聯(lián)合調(diào)查原因難以明確

為查明加熱爐爐管過熱變形的原因，使用單位、制造單位與設(shè)計(jì)單位進(jìn)行了聯(lián)合調(diào)查。從使用年限、工作溫度、工作介質(zhì)、介質(zhì)流量、操作壓力，燃燒器的設(shè)計(jì)與配置、爐管材料選用、爐管布局等方面進(jìn)行分析，均未發(fā)現(xiàn)明顯異常；從加熱爐單進(jìn)單出的管程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)判斷，也排除了偏流引起爐管過熱的可能性。初步調(diào)查結(jié)論：可能是爐管材質(zhì)耐高溫性能不足所致，需更換耐高溫材質(zhì)的爐管。

3 爐管過熱變形原因破解

2010年10月施工人員對(duì)問題爐管進(jìn)行了拆除，用氣焊割斷爐管時(shí)發(fā)現(xiàn)出口爐管有較多的灰黑色附著物（如圖1所示)，約占爐管橫截面的二分之一，而進(jìn)口爐管內(nèi)則光潔通暢，崗位工人將該附著物稱之為天然氣結(jié)焦，這個(gè)議論很快傳到了主管技術(shù)人員處，引起了技術(shù)人員的注意，并趕赴現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。

圖1 帶有附著物的出口爐管橫截面示意圖

結(jié)焦，一般是指原油加熱爐內(nèi)的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等成分在異常工況下所形成的一種固體物質(zhì)。百口泉天然氣處理站再生氣加熱爐爐管內(nèi)的介質(zhì)為處理后的干氣（主要成分是：甲烷90%，乙烷6%，丙烷2%，其它成分約占2%)，天然氣一般不會(huì)結(jié)焦。

現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)附著物呈灰黑色，酷似煉鋼爐的鐵渣。用鐵棒敲擊，附著物堅(jiān)硬致密，而結(jié)焦物一般都比較脆軟，用銳器較容易刮下來(lái)，兩者性質(zhì)截然不同。根據(jù)加熱爐工作介質(zhì)為天然氣的現(xiàn)實(shí)判斷，氣體應(yīng)該充滿整個(gè)爐管，如果天然氣結(jié)焦，應(yīng)該是爐管接受火焰輻射的一面較為嚴(yán)重。安排施工人員對(duì)高溫直管段割開檢查，未發(fā)現(xiàn)結(jié)焦痕跡。

委托有關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)附著物進(jìn)行檢測(cè)分析，分析結(jié)果是：該附著物的主要成分是焊渣、并有少量金屬物質(zhì)，與天然氣（干氣）的成分毫不相干。至此，加熱爐爐管過熱變形的原因得到了完全破解。

原來(lái)，加熱爐在制造時(shí)，焊工不慎將焊渣、焊條頭、金屬碎屑等異物殘留在了爐管內(nèi)。加熱爐運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝完成點(diǎn)爐前，崗位工人打開進(jìn)出、口閥，由于爐管管徑較小（通徑80mm)，彎頭數(shù)較多(筒體內(nèi)共有彎頭40個(gè))，焊渣等異物在再生氣的推動(dòng)下，在爐管的某一彎頭處聚集，最終堵塞了天然氣的通道，因流量計(jì)僅有一次表，崗位工人在中控室不知無(wú)流量的現(xiàn)實(shí)開始點(diǎn)火，爐管在無(wú)流量情況下干燒，爐管溫度很快上升接近熔點(diǎn)，此時(shí)爐管內(nèi)的焊渣等異物由于熔點(diǎn)較低首先熔化成流體，在再生氣壓力的推動(dòng)下，被攜帶到加熱爐的出口遇低溫凝固吸附在爐管壁上形成了堅(jiān)硬的附著物，該附著物被崗位工人稱之為天然氣結(jié)焦，實(shí)質(zhì)是異物高溫熔化的產(chǎn)物。此時(shí)加熱爐通道也基本被打通，相對(duì)低溫（60-70℃）的再生氣進(jìn)入爐管內(nèi)與接近熔點(diǎn)的爐管接觸，在溫度劇變、自重及內(nèi)部介質(zhì)壓力的多重因素作用下產(chǎn)生嚴(yán)重變形，隨后爐管內(nèi)介質(zhì)流量趨于穩(wěn)定，爐管的溫度降至設(shè)計(jì)工作溫度水平，最終沒有釀成爐管燒穿的嚴(yán)重事故，但爐管變形已不可逆轉(zhuǎn)。整個(gè)過程大約在10min左右時(shí)間。

加熱爐制造單位對(duì)該分析結(jié)論沒有異議，經(jīng)雙方協(xié)商，制造方與使用單位各承擔(dān)一定比例的修復(fù)費(fèi)用，最終按原設(shè)計(jì)爐管材質(zhì)（1Gr5Mo低合金鋼）對(duì)爐管進(jìn)行了更換。

其后，每年對(duì)該加熱爐檢驗(yàn)一次，到目前（2013年）已連續(xù)檢驗(yàn)2次，均未發(fā)現(xiàn)變形問題，更不存在結(jié)焦現(xiàn)象。

4 結(jié)論

1）百口泉天然氣處理站再生氣加熱爐爐管過熱變形事故是一起因制造過程不慎與使用前檢查不細(xì)而造成的事故，制造方與使用方均存在一定的責(zé)任。

2）加熱爐在制造時(shí)，制造單位應(yīng)對(duì)焊工提出防范要求，嚴(yán)防焊渣、焊條頭等異物殘留了在爐管中。

3）新加熱爐在安裝完成后，應(yīng)采取必要的吹掃措施，以清除可能存在的各種異物。

4）新加熱爐點(diǎn)火前，應(yīng)先導(dǎo)通加熱流程，檢查爐管內(nèi)的介質(zhì)流量是否正常，并觀察加熱爐進(jìn)、出口壓差是否過大，如出現(xiàn)介質(zhì)流量偏小或無(wú)流量及進(jìn)、出口壓差過大情況時(shí)，應(yīng)考慮異物堵塞的可能性，并采取相應(yīng)措施處理。

1 杜茂敏,萬(wàn)里,李向陽(yáng).原油穩(wěn)定加熱爐爆管原因及預(yù)防措施.油氣田地面工程,2011,30(10):65－66