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[摘 要]转化炉膛内各管之壁温在同一水平面上应当大体相等，管排温差也大致相等，温差应该是越小越好。但是由于转化装填之差异，运行过程中结炭多少不同或转化火嘴供热多少差别等原因，管排温差总是偏大。管排温度不一致，温差过大会造成转化管局部超温，受力不均变形，严重会影响转化管使用寿命；缩小温差，可充分发挥催化剂的整体效能，提高转化率及延长催化剂的使用寿命。
[关键词]转化炉管；温差原因；调整；分析
中图分类号：TG696 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0137-01
1导言
转化炉炉管是合成氨装置中发生转化反应的反应器，属于装置核心设备。合成氨转化炉属于顶烧箱式转化炉，这种炉型的燃烧器布置在辐射室顶部，转化管受热形式为单排管受双面辐射，转化炉由两排竖琴管排組成，每排炉管有39根炉管，总计78根炉管，炉管为上支撑结构，由平衡锤吊挂。对流段由五组换热管组成，以烟气温度由高到低排列。在每根炉管内上部装填Ni为主催化剂，碱金属为助催化剂；下部装填Ni为主催化剂。催化剂型号为Z111YQ。在炉管的两侧分布着三排火嘴，每排有九个火嘴，共计27个火嘴，火焰与炉管平行，垂直向下燃烧，烟气下行，从炉膛底部烟道离开辐射室进入对流室，烟气进入对流室依次为原料气加热器，蒸汽过热器，蒸汽发声器，燃烧空气预热器，继续换热降温，最终达到烟气排放指标。
2现场情况调查
2.1炉管开裂情况
该转化炉装置含78根炉管、集气管分为炉内热集气管和炉底外冷集气管，冷集气管将与转化余热回收器直连。其管径为114.3mm，炉管内介质为氢气、一氧化碳与甲烷配合而成的工艺气，设计温度及压力分别为850℃以及3.43MPa，炉管的组焊工作中产生较严重的焊接裂缝问题。
2.2炉管材质及坡口情况
炉管采用G-X40NiCrNb3525高合金材料，此材料具有很好耐高温机械强度。焊接方式采用手工钨极氩弧焊，所选焊丝材质为25.35.4CNb，采用垂直固定型焊缝方位，炉管V型坡口角度为60℃，焊接顺序采用自下而上焊接方式，后期为降低焊缝上侧焊接应力角度考虑，优化焊接顺序为自上而下的焊接方式，可有效避免焊接裂纹的产生。
2.3产生热裂纹形式
炉管焊接过程中热裂纹形式主要包括近缝液化裂缝及结晶裂缝两大类，近缝液化裂缝由较大的晶间热应力及液态薄膜引起，其中合金晶界上的碳化物是引发炉管近缝区液化裂纹的主要原因，晶界处碳化物在较高的焊接温度作用下由于扩散不均匀易形成熔点共晶物，导致液化裂纹的产生，且液化裂纹随含碳量的增大而趋于严重。工程中对于液化裂纹的控制通常采用更换低含碳量的碳丝予以解决，在焊接方式上也可采用多道短段焊来控制焊接处温度，避免液化裂纹的产生；结晶裂纹产生的原因包括冶金因素以及应力因素两面，前者即在高温环境下形成的低熔点共晶物，如Ni—S、Ni—P等共晶物。晶界间液化膜的存在使得晶粒间结合力下降，且造成焊接过程中较大热应力及拉应力，当应力超过晶粒间应力承受极限，即产生结晶裂纹。
3转化炉管排温差偏高原因分析
3.1烧嘴的燃烧情况
本套装置转化炉为顶烧炉。烧嘴为强制通风頂烧型，由林德公司供货。烧嘴堵塞、安装不当、空气配比等问题，都会引起烧嘴的燃烧不良，火焰偏烧，从而造成烧嘴不均匀放热，炉管受热不均局部温度过高或过低，造成管排温差加大。对于顶烧转化炉，主要从火焰颜色和外形来判断燃烧的状况。当火焰呈兰色，或兰色中带黄色小斑点，外形刚直有力，不飘忽，更不能扑到炉管上，代表火焰燃烧良好。在管排温度存在偏差较大时，首先检查烧嘴火焰燃烧情况是否良好，调整火焰，避免火焰偏烧至炉管上，造成炉管局部超温变形，损坏炉管。
3.2燃料气量的分配
转化炉的燃料气分为天然气和驰放气，来自进界区天然气，压力较稳定；驰放气来自变压吸附的尾气，压力、流量周期性波动，正常运行驰放气波动量达。高低压燃气均通过烧嘴喷口处汇集。影响燃气量分配的因素：烧嘴前燃气管线的分布，造成各点燃气压力的不同；驰放气压力、流量的波动。燃料气量的分配对温差的影响很大，燃气量的多少直接影响着烧嘴的放热量，从而影响管排温差。
3.3燃料气空气量的分配
空气由鼓风机输送，空气进入风道，风从烧嘴侧进入，通过烧嘴前的风门进行配风调节。由于鼓风机转速波动，风门的卡涩，烧嘴前空气分配管线上各点风压不同，都会造成风量分配不均，烧嘴燃烧效果也不同，放热量及产生的烟气量也不同，致使各排温度点产生偏差。
4转化炉管排温差的调整
一是首先检查烧嘴火焰燃烧情况，对燃烧不良的烧嘴进行调整，使火焰良好燃烧，不偏烧不添管；二是根据各管排温度高低情况，通过调节高低压燃气量及风量，使温度在大体上均匀分布，缩小温差；三是个别温度点温度在燃气阀全开的情况下，温度扔较低，有可能是燃气管线上有堵塞，或由于管道的分布导致烧嘴前燃气压力较低使燃气量分配少，拆除个别烧嘴燃修理以后增加燃气量；四是在保证烧嘴燃烧良好前提下，适当减小周边烧嘴的空气量，以提高周边烧嘴的空气量，使烟气量适当增加，以加大烟气携带的热量（空气量过大反而会将热量后移，温度会下降），缩小温差；五是南北温差较大，可提高北面燃气量及空气量，使北面烧嘴放热量增加，提高温度，缩小南北温差；六是任何时候对管排温差的调整，都要先保证烧嘴火焰燃烧良好为前提。经过调整，转化炉北面管排温差减小至工艺指标控制范围之内。
5结语
通过对转化炉管排温度偏大原因进行总结分析，经调整，最终将管排温差降至控制范围之内，避免了温差过大、炉管局部温度过高对炉管造成的损害，提高了催化剂的整体效能，达到节能降耗，为保转化炉安全稳定高效运行，打下扎实基础。
参考文献
[1]吴振松.Cr5Mo、Cr9Mo炉管设计探讨[J].石油和化工设备，2018，21（06）：5-7.
[2]董丽媛，高海霞，汪罗.高温制氢转化炉炉管在役检测及评价[J].石油化工腐蚀与防护，2018，35（02）：49-51.
[3]李旭平.Z111YQ转化催化剂的装填与保护[J].中国石油和化工标准与质量，2018，38（08）：85-86.
[4]郭华军，吴振松.大型制氢转化炉辐射段管系有限元分析[J].化工机械，2018，45（02）：251-253.
[5]刘祥春.F2001制氢转化炉炉管凸台开裂失效分析[J].石油化工腐蚀与防护，2018，35（01）：60-64.
[6]杨玉华，张昌林.浅谈天然气制合成氨装置转化管焊接施工[J].石油化工建设，2017，39（05）：70-74.
[关键词]转化炉管；温差原因；调整；分析
中图分类号：TG696 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0137-01
1导言
转化炉炉管是合成氨装置中发生转化反应的反应器，属于装置核心设备。合成氨转化炉属于顶烧箱式转化炉，这种炉型的燃烧器布置在辐射室顶部，转化管受热形式为单排管受双面辐射，转化炉由两排竖琴管排組成，每排炉管有39根炉管，总计78根炉管，炉管为上支撑结构，由平衡锤吊挂。对流段由五组换热管组成，以烟气温度由高到低排列。在每根炉管内上部装填Ni为主催化剂，碱金属为助催化剂；下部装填Ni为主催化剂。催化剂型号为Z111YQ。在炉管的两侧分布着三排火嘴，每排有九个火嘴，共计27个火嘴，火焰与炉管平行，垂直向下燃烧，烟气下行，从炉膛底部烟道离开辐射室进入对流室，烟气进入对流室依次为原料气加热器，蒸汽过热器，蒸汽发声器，燃烧空气预热器，继续换热降温，最终达到烟气排放指标。
2现场情况调查
2.1炉管开裂情况
该转化炉装置含78根炉管、集气管分为炉内热集气管和炉底外冷集气管，冷集气管将与转化余热回收器直连。其管径为114.3mm，炉管内介质为氢气、一氧化碳与甲烷配合而成的工艺气，设计温度及压力分别为850℃以及3.43MPa，炉管的组焊工作中产生较严重的焊接裂缝问题。
2.2炉管材质及坡口情况
炉管采用G-X40NiCrNb3525高合金材料，此材料具有很好耐高温机械强度。焊接方式采用手工钨极氩弧焊，所选焊丝材质为25.35.4CNb，采用垂直固定型焊缝方位，炉管V型坡口角度为60℃，焊接顺序采用自下而上焊接方式，后期为降低焊缝上侧焊接应力角度考虑，优化焊接顺序为自上而下的焊接方式，可有效避免焊接裂纹的产生。
2.3产生热裂纹形式
炉管焊接过程中热裂纹形式主要包括近缝液化裂缝及结晶裂缝两大类，近缝液化裂缝由较大的晶间热应力及液态薄膜引起，其中合金晶界上的碳化物是引发炉管近缝区液化裂纹的主要原因，晶界处碳化物在较高的焊接温度作用下由于扩散不均匀易形成熔点共晶物，导致液化裂纹的产生，且液化裂纹随含碳量的增大而趋于严重。工程中对于液化裂纹的控制通常采用更换低含碳量的碳丝予以解决，在焊接方式上也可采用多道短段焊来控制焊接处温度，避免液化裂纹的产生；结晶裂纹产生的原因包括冶金因素以及应力因素两面，前者即在高温环境下形成的低熔点共晶物，如Ni—S、Ni—P等共晶物。晶界间液化膜的存在使得晶粒间结合力下降，且造成焊接过程中较大热应力及拉应力，当应力超过晶粒间应力承受极限，即产生结晶裂纹。
3转化炉管排温差偏高原因分析
3.1烧嘴的燃烧情况
本套装置转化炉为顶烧炉。烧嘴为强制通风頂烧型，由林德公司供货。烧嘴堵塞、安装不当、空气配比等问题，都会引起烧嘴的燃烧不良，火焰偏烧，从而造成烧嘴不均匀放热，炉管受热不均局部温度过高或过低，造成管排温差加大。对于顶烧转化炉，主要从火焰颜色和外形来判断燃烧的状况。当火焰呈兰色，或兰色中带黄色小斑点，外形刚直有力，不飘忽，更不能扑到炉管上，代表火焰燃烧良好。在管排温度存在偏差较大时，首先检查烧嘴火焰燃烧情况是否良好，调整火焰，避免火焰偏烧至炉管上，造成炉管局部超温变形，损坏炉管。
3.2燃料气量的分配
转化炉的燃料气分为天然气和驰放气，来自进界区天然气，压力较稳定；驰放气来自变压吸附的尾气，压力、流量周期性波动，正常运行驰放气波动量达。高低压燃气均通过烧嘴喷口处汇集。影响燃气量分配的因素：烧嘴前燃气管线的分布，造成各点燃气压力的不同；驰放气压力、流量的波动。燃料气量的分配对温差的影响很大，燃气量的多少直接影响着烧嘴的放热量，从而影响管排温差。
3.3燃料气空气量的分配
空气由鼓风机输送，空气进入风道，风从烧嘴侧进入，通过烧嘴前的风门进行配风调节。由于鼓风机转速波动，风门的卡涩，烧嘴前空气分配管线上各点风压不同，都会造成风量分配不均，烧嘴燃烧效果也不同，放热量及产生的烟气量也不同，致使各排温度点产生偏差。
4转化炉管排温差的调整
一是首先检查烧嘴火焰燃烧情况，对燃烧不良的烧嘴进行调整，使火焰良好燃烧，不偏烧不添管；二是根据各管排温度高低情况，通过调节高低压燃气量及风量，使温度在大体上均匀分布，缩小温差；三是个别温度点温度在燃气阀全开的情况下，温度扔较低，有可能是燃气管线上有堵塞，或由于管道的分布导致烧嘴前燃气压力较低使燃气量分配少，拆除个别烧嘴燃修理以后增加燃气量；四是在保证烧嘴燃烧良好前提下，适当减小周边烧嘴的空气量，以提高周边烧嘴的空气量，使烟气量适当增加，以加大烟气携带的热量（空气量过大反而会将热量后移，温度会下降），缩小温差；五是南北温差较大，可提高北面燃气量及空气量，使北面烧嘴放热量增加，提高温度，缩小南北温差；六是任何时候对管排温差的调整，都要先保证烧嘴火焰燃烧良好为前提。经过调整，转化炉北面管排温差减小至工艺指标控制范围之内。
5结语
通过对转化炉管排温度偏大原因进行总结分析，经调整，最终将管排温差降至控制范围之内，避免了温差过大、炉管局部温度过高对炉管造成的损害，提高了催化剂的整体效能，达到节能降耗，为保转化炉安全稳定高效运行，打下扎实基础。
参考文献
[1]吴振松.Cr5Mo、Cr9Mo炉管设计探讨[J].石油和化工设备，2018，21（06）：5-7.
[2]董丽媛，高海霞，汪罗.高温制氢转化炉炉管在役检测及评价[J].石油化工腐蚀与防护，2018，35（02）：49-51.
[3]李旭平.Z111YQ转化催化剂的装填与保护[J].中国石油和化工标准与质量，2018，38（08）：85-86.
[4]郭华军，吴振松.大型制氢转化炉辐射段管系有限元分析[J].化工机械，2018，45（02）：251-253.
[5]刘祥春.F2001制氢转化炉炉管凸台开裂失效分析[J].石油化工腐蚀与防护，2018，35（01）：60-64.
[6]杨玉华，张昌林.浅谈天然气制合成氨装置转化管焊接施工[J].石油化工建设，2017，39（05）：70-74.