1、延遲焦化加熱爐爐管的紅外監測中石化鎮海煉化公司研究中心 閻西祥 董紹平1 前言 渣油出口注水 渣油入口 31 36 27 9 8 1圖1加熱爐輻射管流程示意圖長期以來，焦化加熱爐爐管外壁溫度是人們比較關注的重要參數，其重要性有幾方面：(1)、根據測出的溫度分布分析判斷管內結焦狀況；(2)、控制管壁溫度，避免超過設計值；(3)、及時了解爐膛內部燃燒狀況，如火咀的分布，火焰的撲管等。目前，管式加熱爐一般在爐膛以及入口、出口處安放熱電偶進行溫度監控，這種方式僅能滿足工藝生產需要，但無法用它來掌握全爐管的熱狀態。據調查，石化集團公司已發生過數起因爐管結焦而引起的爆管事故，造成重大經濟損失。因此，有必要

2、對加熱爐管壁表面溫度最高點或結焦最嚴重部位的溫度實施定期監測。2 紅外測試技術的應用98年初，加熱爐負荷增大，一個月后，加熱爐輻射段爐管壓差增大，處理量下降，爐膛溫度偏高。我們用minolta tr-420紅外點溫計對焦化加熱爐進行檢測，發現多處爐管嚴重超溫，爐管表面平均溫度在650以上，高溫區最高溫度達735左右，大大高于爐管使用溫度650，已有高溫蠕變趨勢。為此我們進一步對爐管進行了連續監測、分析。加熱爐輻射管示意圖見圖1，基本參數見表1。所用點溫計精確度：1%，量程：450-2000，能濾掉火焰輻射。表1 爐管基本參數材料外徑壁厚外壁允許溫度介質壓力入口溫度出口溫度外壁熱強度cr5mo1

3、27mm10mm6501.6mpa 36849625.27kw/m22.1 溫度校正與測試一般物體表面溫度不同，用紅外技術測量爐內高溫爐管表面溫度的影響因素如下：l 爐內壁溫度高于爐管溫度，即受強輻射源的影響；l 受爐內粉塵的影響；l 受爐膛內火焰的影響，爐內氣體、蒸汽和二氧化碳等三原子氣體對紅外線的吸收作用。由于以上因素的交互作用，用紅外技術測取高溫爐管表面的溫度及其分布是個非常復雜的問題，所測溫度并不是爐管的真實溫度，而是這些因素交互作用的結果，因而對測試結果的分析計算顯得非常重要。對爐管測試而言，有以下關系式：wc=0wt+0wa+(1-0)watm+0ws(1)式中：wc紅外測溫儀接收

4、的總輻射；wt爐管本身的輻射；wa爐管反射高溫爐墻的輻射；watm大氣輻射；ws高溫煙氣的輻射；0大氣修正系數；根據lowtran大氣模型，有0=e-(do 0.5-1)(2)大氣衰減系數；do大氣光路長度；根據具體條件，取=0.046, do =0.4，代入(2)式計算出：0=1.0171在測試爐管時，使用火焰濾光片，濾掉煙氣的輻射及反射，另考慮到大氣輻射遠比爐管輻射小，(1)式可改寫為：wc=0wt+0wa(3-a)根據斯蒂芬玻爾茲曼定律，又可將(3-a)式改寫為：tc4=0t4+0(1-) ta4 (3-b)t=tc4-0(1-) ta4/01/4(4)式中：t校正后爐管溫度；爐管輻射系

5、數；tc紅外儀顯示的爐管溫度；ta爐管測試點周圍爐墻溫度。2.2 壽命評估：以larsonmiller理論作為基礎，以蠕變模型為根本出發點，可以進行爐管的壽命評估工作2，確定檢修周期和判廢時間，計算高溫爐管的損傷程度和剩余壽命。api530中包含了高溫爐管所用的l-m常數，因而基于l-m理論基礎上的api530已廣泛應用于實際的檢測工作中，其計算方法如下：t（c+log lf）=lmp(5)其中c 為常數，由鋼的組織決定，lmp為lm常數，t為爐管外壁溫度，lf為剩余壽命，可根據爐管所受的應力由api530查出，因而只要測出爐管的外壁溫度，即可估算爐管的剩余壽命。2.3結果分析經過數據處理，得

6、出以下結果：2.3.1 從整體溫度看，爐膛內爐管表面平均溫度在650以上，大大高于管內介質溫度，存在著結焦現象。輻射室遮蔽管及底部爐管表面溫度分布相對較為均勻，溫度值在550至600左右，結焦均勻，南側第17-23根爐管(爐管序號從加熱爐底部排起，下同)為嚴重結焦區，表面溫度高于600的爐管多集中于此。從南北兩側爐管的對比看，南側的結焦比北側嚴重。表現為表面溫度高于600的爐管數比北側多，表面平均溫度值大于北側。在每一根結焦的爐管中，不同部位其溫度相差很大，表明同一根爐管結焦情況也不完全相同。這說明爐管的結焦與爐膛內溫度場的不均勻度有關。溫度場的不均勻引起爐管局部過熱，造成爐管結焦。爐管結焦是

7、在管內壁表面上生成，由于介質和管壁的接觸面存在著一邊界層，所以如果介質在邊界層內的溫度或者管壁的溫度比管內流體的溫度高出一定的值，就會使管內介質發生熱裂解，裂解反應的焦質生成物積聚在一起，形成焦層。局部焦層生成后，使傳熱效果惡化，焦層向縱深發展，造成爐管大面積結焦，最后導致爐管出入口壓降增大，處理量下降。2.3.2爐管壽命評估：爐管在工作壓力下的環向應力為：s =pd/2t=10.7mpa式中：為爐管工作壓力,取p=1.6mpa；為爐管內徑,d=107mm；為爐管壁厚，考慮氧化層厚度2，取t =8mm。由于焦化加熱爐管內操作壓力低（1.6mpa），管壁所受的應力小于larsonmiller曲線

8、中該材料的應力下限12mpa，在蠕變范圍內對爐管剩余壽命影響不大，爐管尚處在安全期內。但爐管管壁溫度長期超高會導致結焦速度加快，造成爐管嚴重滲碳。同時由于管壁溫度較高也會造成爐管管壁溫度應力增大使爐管彎曲。為此建議只進行燒焦，而無須更換爐管。表2加熱爐爐管燒焦前溫度數據（）南側爐管東頭第一跨北側爐管東頭第一跨爐管編號3月6日（燒焦前）爐管最高溫度校正后溫度爐管編號3月6日（燒焦前）爐管最高溫度校正后溫度1569465486294971674170696794761775972510713534187677341168554019768735127365462076373013708537217

9、5371914709545227447091571453323721684167205032469565517707476表3 加熱爐爐管燒焦后溫度數據表（）南側爐管東頭第一跨北側爐管東頭第一跨爐管編號4月20日（燒焦后）爐管最高溫度校正后溫度爐管編號4月20日（燒焦后）爐管最高溫度校正后溫度15560497854347616543476960455117590534106135611859554011584527196005461259954520593537135885302159954514580522225895331558352523565503165865292454347617580522 () (根)(根)2根據紅外監測報告，車間對加熱爐爐管進行燒焦，重新運行后，從圖2可知，燒焦前后爐管的溫度變化很大，燒焦后爐管表面平均溫度均低于600，滿足爐管設計溫度要求。說明加熱爐燒焦效果良好。以后，根據我們的監測結果，車間定期對噴火咀進行調節，穩定爐內溫度場，有效地延緩了管內結焦，保證了焦化裝置的長周期運行。3 結論：3.1通過對爐管的紅外監測，能及時掌握加熱