论乙烯装置裂解炉辐射段炉管整体更换

佟林华

抚顺石化工程建设有限公司工程一队

【摘  要】  对乙烯装置循环气体裂解炉辐射段炉管的结构、换管原因、整体更换方法及施工程序进行了较为全面的阐述。

【关键词】  裂解炉；辐射段；预制；安装；焊接

1.前 言

抚顺石化公司烯烃厂F-1180乙烯循环气体裂解炉采用的是美国S&W公司专利技术，是UCS-12M型气体裂解炉，其结构主要由对流段和辐射段组成。F-1180为单排单辐射立管式裂解炉，有6组共计12 根1318×12680mm 的“M”裂解炉管竖直布置于辐射室中；辐射炉顶标高EL115330、顶部平台EL115650（地面EL100000），炉膛外形尺寸为18310×3660×12274，辐射段炉底耐火材料为浇注料及耐火砖，上部为陶瓷纤维折叠块。辐射段炉管穿出炉顶处采用盖板可拆卸型遮蔽箱，炉管的一部分重量通过位于横跨管、两个180°上部回弯头EL116019的恒力弹簧吊挂在EL118470辐射段炉顶框架上，另一部分重量将通过线性急冷锅炉的固定支点支撑在炉子对流段框架上，炉管受热后可以自由向下膨胀及蠕变。

辐射段入口设计温度为1010℃、出口管为1100 ℃，设计寿命均为10 万小时，“M”型炉管系统包括3根HP-Nb MICRO内径105mm、最小密实层厚度为8.0mm的离心铸造入口管及3根35Cr-45Ni内径111mm 、最小密实层厚度为12.5mm的离心铸造出口管通过5个180°HP-Nb MICRO 回弯头连接再通过一件304H过渡管件后与线性急冷锅炉（USX）对焊连接；辐射炉管内物料为701～852℃、0.165～0.1MPa的烃+稀释蒸汽。

 

图1 辐射室内“M”裂解炉管分布图

 

图2单个“M”裂解炉管详图

2.换管原因

乙烯装置F-1180循环气体裂解炉自2012年9月投产以来，运行近6年，尤其2017年多次发生炉管鼓包烧穿情况，给乙烯装置的安全生产造成了很大的影响。2018年，抚顺石化公司组织相关技术人员对炉管进行了全面的检测分析，分析结果如下：

（1）炉管表面氧化严重；

（2）炉管弯曲严重，超过3D（D为炉管外径）；

（3）壁厚减薄严重，已经接近3～4mm；

（4）每组“M”裂解炉排管均有蠕变、蠕胀、鼓泡点。

基于上述原因，裂解炉辐射段炉管已经不能保证乙烯装置的正常安全生产及长周期运转。因此，经过烯烃厂乙烯装置的相关技术人员及工建公司相关施工单位共同研究决定，于2018年9月开始对F-1180乙烯循环气体裂解炉辐射段炉管进行整体更换。主要施工内容包括：

（1）循环气体裂解炉顶EL115650平台上安装炉排管吊装运输用单滑轨、7个门字支撑架和3台手动滑车。

（2）辐射段47#轴东侧端面的可拆门2个WD-1（单重107Kg）、1个WD-2（单重100Kg）和ND-1（单重73Kg）、ND-2（单重143Kg）、ND-3（单重122Kg）、ND-4（单重84Kg）及衬里314Kg和辐射段炉顶遮蔽盖板2980Kg保护性拆除，辐射段炉顶遮蔽盖板下900×656×18300范围的复合衬里破坏性拆除，所有拆除部件炉排管施工结束后恢复安装。

（3）乙烯装置F-1180乙烯循环气体裂解炉更换6组共计12根1318×12680mm 的“M”裂解炉排管，单根空重2555Kg。

本次裂解炉辐射段炉管整体更换的主要施工难点在于辐射段炉顶遮蔽盖板下复合衬里的破坏拆除与恢复安装、 “M”裂解炉排管在辐射段炉膛内的滑动倒运吊装和组对焊接。

3.所需材料备件

炉管更换所需材料备件：36根HP-Nb MICRO内径105mm、最小密实层厚度为8.0mm的离心铸造入口管及36根35Cr-45Ni内径111mm 、最小密实层厚度为12.5mm的离心铸造出口管和60个180°HP-Nb MICRO 回弯头以及12件304H过渡管件。

对材料备件的检验及要求：

（1）所有炉管、配件、预制件、焊接材料必须具有制造厂的质量证明书或合格证，其规格、型号、材质、数量应符合设计要求，其质量要求不得低于相关标准的规定。

（2）炉管、配件、预制件应100％进行外观检查：内外表面应平整，不得有裂纹、折叠、轧折、离层、结疤等缺陷，并不应有严重锈蚀现象，外形尺寸允许偏差应符合标准GB5310-2008的规定，直线度、管口椭圆度及壁厚偏差不应超过有关规范的规定，管道组成件表面的锈蚀、凹陷及机械损伤的深度不应超过产品相应标准允许的壁厚负偏差。

（3）炉管的焊缝外观检查合格后，应进行射线探伤检验，抽查5%的焊口，若发现不合格的焊缝，应进行焊缝返修，合格后方可使用。

4.炉管更换

4.1新炉排管预制

4.1.1新炉排管的预制位置及要求

每个炉排管顶部的入口文丘里管流量计、压力计口和出口除焦管、测温热电偶套管利旧，按图示位置切割更换：

图3 新炉排管预制位置

（1）单个炉排管13道焊口（其中预制11道、现场安装固定焊口2道），合计6组12根炉排管156道焊口（其中预制132道、现场安装固定焊口24道），另外有36个炉排管导向支架与回弯头的承插焊缝根据需要预制或现场安装。

（2）所有对接焊缝和角焊缝要求氩弧焊充氩焊接，所有对接焊缝的根部和表面进行100％射线探伤II级合格，所有对接焊缝及角焊缝坡口、焊道根部和表面进行渗透探伤I级合格。

4.1.2新炉排管预制过程

   （1）炉管的下料采用砂轮切割机，切口端面倾斜偏差△不应大于管子外径的1%，且不得超过2mm。

   （2）下料后的304H管材要及时作好标识的移植工作，以保证材质的可追溯性；切割管的切割面要用砂轮打磨干净光滑以保证焊接质量，切割时留在管内的异物必须清除干净。

   （3）炉管的坡口用电动坡口机加工，加工后其表面不得有裂纹、分层、夹渣等缺陷。

   （4）焊缝组对，管子对口时应在距接口中心200mm处测量平直度，允许偏差值为2mm，焊口的对接间隙保证在3～4mm。

   （5）预制完毕的管段做好标识，并将内部清理干净，及时封闭管口保证管内清洁，预制完毕的炉排管垫高300mm左右，防止雨水浸泡。

   （6）组焊好的炉排管水平放置，用100槽钢制作炉排管运输支架12套牢固支撑防止变形，使用15T货车将所有焊缝检验合格的炉排管运输到烯烃厂乙烯装置裂解炉附近北侧地面摆放待用，并做好防护。

4.2.1准备工作

（1）裂解炉停炉降温后，拆除辐射段47#轴东侧端面的可拆门2个WD-1（单重107Kg）、1个WD-2（单重100Kg）和ND-1（单重73Kg）、ND-2（单重143Kg）、ND-3（单重122Kg）、ND-4（单重84Kg）及衬里314Kg，露出280mm宽缝隙用于炉管拆除后运出炉膛的通道和安装炉管时运入炉膛的通道。

（2）辐射段炉顶遮蔽盖板2980Kg保护性拆除，辐射段炉顶遮蔽盖板下900×656×18300范围的复合衬里破坏性拆除，所有拆除部件炉排管施工结束后恢复安装。

（3）顶层200mm厚的复合衬里使用划刀分解拆除，拆除456mm厚的含锆切片块L1（单重8.4Kg）时注意之间连接的U形钉及预埋锚固件，不得大范围破坏附近的衬里防护，拆除时炉膛内不得有交叉作业防止坠落砸伤，拆除部件应有可靠拴挂防止脱落；敞口的炉顶用跳板可靠遮盖，防止洞口坠物或人员跌落。

（4）当炉管温度处于冷态时将24组弹簧吊架用自制的卡块固定，对照预制的新炉排管尺寸确认原有炉排管出入口拆除的切割位置。

（5）为防止施工过程中损坏炉底保温衬里，在乙烯装置F-1180乙烯循环气体裂解炉停运后进入辐射段炉膛，在炉底保温衬里上铺满跳板遮盖，辐射炉管两侧干砌的耐火砖墙预先拆除，炉排管施工结束后恢复安装。

（6）炉排管吊装滑轨安装，在辐射炉顶框架承重横梁下以I18型钢制作安装5个750mm吊柱，用来支撑以20米H350×150×7×11型钢制作的单滑轨，工艺、设备交接完毕，仪表专业拆除对吊装炉排管形成障碍的附属设备后，安装滑轨中心线距离炉顶遮蔽舱北侧内壁150mm。

（7）在单滑轨上安装3台5T手动滑车悬挂吊装炉排管。

（8）在辐射炉顶框架承重横梁上拴挂16台3T起重机配合炉排管的组对、焊接和临时固定。

4.2.2炉排管更换

（1）炉管的拆除采用手动角磨机切割，炉管为Cr-Ni不锈钢材质，切割时使用不锈钢专用切割片。

（2）炉管为U型走向，而且跨度大，炉内空间有限，采用吊车与吊装滑轨配合180°翻转的方法拆除和安装24组炉排管。（见下图）

 

图4 炉排管拆除安装吊装示意图

（3）由于辐射段炉膛内空间限制，搭设的满堂脚手架必须为大于12米长炉排管由水平到垂直扳吊翻转预留出足够的空间，炉膛内所有施工作业必须注意防止对已安装或临时吊挂的炉排管造成撞击损伤；炉排管要按计划顺次吊装和组对、焊接其出入口管道，距离焊接动火点5米以上距离方可进行衬里恢复作业。

（4）首先将西端1、2组4个炉排管先后吊装就位后进行组对焊接，并拆除炉排管的加固支架，然后在第1、2组4个炉排管位置搭设满堂脚手架，焊接结束后由衬里专业施工单位对炉拱顶盖板下衬里恢复。

（5）第3～6组炉排管先后吊装就位，并用16台起重机拴挂牢固后顺次进行组对焊接，并拆除炉排管的加固支架，再由西向东搭设第3～6组8个炉排管位置炉膛内满堂脚手架，每2组炉排管焊接结束后由衬里专业施工单位对炉拱顶盖板下衬里恢复，同时进行炉拱顶盖板恢复。

（6）对预先拆除的炉体东侧7个炉门恢复安装其中5个，6组12个炉排管24道固定焊口焊接结束后，进行无损检测探伤，全部探伤检测合格后，拆除炉膛内满堂脚手架并运出，恢复炉底炉管两侧定位用干砌砖墙，拆除预先固定的24组弹簧吊架卡块，使炉管处于自由状态，然后清扫炉内卫生，并恢复安装剩余的2个炉门，F-1180乙烯循环气体裂解炉辐射段炉管整体更换工程结束。

5.结 语

此次进行的F-1180乙烯循环气体裂解炉辐射段炉管整体更换，开创了国内同类乙烯装置循环气体裂解炉炉管更换的先河，填补了抚顺石化工建公司乙烯装置循环气体裂解炉炉管更换的历史空白，并且取得了较好的效果，裂解炉开炉点火一次成功，投料运行平稳，炉管的各项技术指标均保持合格。同时，此次炉管整体更换的成功，更为以后的同类施工积累了宝贵的经验。

参考文献：

[1] SH/T3511-2007 《石油化工乙烯裂解炉和制氢转化炉施工技术规程》

[2] SH3506-2000 《管式炉安装工程施工及验收规范》

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