钨铝合金化的改进型乙烯裂解炉管1150℃条件下的模拟渗碳行为研究

为探究钨铝合金化的改进型乙烯裂解炉管27Cr44Ni5W3Al+MA在1150℃条件下的渗碳损伤情况,采用粒径1.5~3 mm的固体渗碳剂,针对27Cr44Ni5W3Al+MA炉管开展1150℃条件下50,100,150,200 h的固体渗碳试验。采用C-S分析仪和OM,SEM,EDS,XRD及维氏硬度计等对渗碳前后炉管进行成分、组织及性能分析,研究炉管渗碳行为。结果表明:从铸态至渗碳200 h时,炉管内壁1 mm范围内平均碳浓度由约0.5%增长至饱和碳浓度2.2%左右;渗碳时间由50 h增至200 h,炉管内壁渗碳层厚度由800μm增至2860μm,渗碳层由内向外依次为严重渗碳区、中度渗碳区及轻微渗碳区,其宽度分别由400μm增至1920μm、100μm增至140μm、300μm增至800μm。从铸态至渗碳200 h,碳化物平均宽度由2.0μm增至3.5~13.0μm,面积分数由5.6%增至13.6%~34.9%;原始铸态复相碳化物外部的小块状M_(23) C_(6)逐渐粗化呈链块状,然后转变为岛块状M_(7)C_(3)及岛块中间的颗粒状WC,内部片层状M_(7)C_(3)部分转变为小块状M_(23) C_(6),并与外部M_(23) C_(6)聚集连接后转变为M_(7)C_(3),剩余部分片层状M_(7)C_(3)逐渐粗化聚集成块状M_(7)C_(3)。原始铸态炉管硬度值约为304.0HV10,渗碳200 h后,由距内壁4 mm处至1 mm处,硬度值由386.7HV10增至504.0HV10。本文还就27Cr44Ni5W3Al+MA合金炉管的渗碳行为和渗碳过程中碳化物演变机理进行了讨论。

乙烯裂解炉管抑制结焦涂层技术的研究进展

乙烯裂解炉管的结焦速率决定了乙烯裂解炉的运行周期,抑制炉管结焦是乙烯生产中的研究重点。介绍了炉管内表面结焦对乙烯生产的不良影响及结焦形成的机理;重点分析了炉管内表面涂层技术(在线涂层技术和离线涂层技术)的研究现状,并对在线涂层技术与离线涂层技术的优缺点进行了分析和比较;展望了炉管内表面涂层技术的发展前景及今后研究的重点。

Cr25Ni35Nb和Cr35Ni45Nb裂解炉管的抗高温渗碳能力

以Cr25Ni35Nb和Cr35Ni45Nb合金为炉管材料对象,通过渗碳试验研究了高温(1 000和1 100°C)下2种合金的渗碳动力学规律,采用金相和扫描电子显微镜观察分析其中Fe、Cr、Ni与Nb元素含量和渗碳层变化、组织结构及微区成分转变的情况,并对其抗渗碳能力进行分析.结果表明:Cr35Ni45Nb的抗渗碳能力比Cr25Ni35Nb更强;经2次渗碳后,2种合金试样出现了表面渗碳层剥落的现象,且Cr25Ni35Nb较为严重,并使得裂解炉管结焦而管壁变薄,从而降低了炉管的承载能力和服役寿命;合金的非渗碳层区域析出了大量弥散的碳化物,碳化物的密度随渗碳层与试样表面距离的增加而降低;在1 100°C下,2种合金的骨架状组织形态消失,且晶界处碳化物出现了剥离.

扭曲片管强化传热技术在裂解炉中的应用

对扭曲片管强化传热技术在裂解炉上的应用进行了模拟和试验。结果表明,扭曲片管影响下游的距离为50～60倍直径。扭曲片管应用于裂解炉时,炉管压降增加20%～30%,管壁温度下降至少20℃,处理量增加7%,且对裂解炉的正常操作无不利影响。

硅铬复合氧化物抗结焦涂层的制备及其性能

采用化学气相沉积法在裂解小试装置的裂解炉管内制备了硅铬复合氧化物抗结焦涂层。通过裂解结焦实验、元素分析和SEM方法对硅铬复合氧化物涂层在裂解炉管内的分布规律、抑制结焦能力和抗高温冲击能力以及涂层对烯烃收率的影响进行了研究。在裂解炉管内沉积硅铬复合氧化物涂层时,炉管入口沉积的涂层中含有较多的氧化铬,中间段的涂层主要为硅铬复合氧化物,而出口的涂层含氧化硅较多。所制备的涂层前期结焦抑制率可达90%,在第14次评价周期后,结焦抑制率仍保持在80%以上。硅铬复合氧化物涂层能耐受1 000℃的热冲击,具有较好的牢固度,并对乙烯、丙烯和丁二烯收率的影响不明显。

含静态混合元件乙烯裂解炉管内流场的数值模拟

采用计算流体动力学(computationalfluiddynamics,CFD)的方法,计算了含静态混合元件炉管内的流场.数值模拟结果表明,采用静态混合元件的乙烯炉管中流体的混合被强化,从而强化了传热.根据其数值模拟的速度场,提出了一种基于速度分析的CFD结果评价方法,定性和近似定量地演绎了工程测试的数据,使计算模型和数值模拟结果在实验中得到了验证.该方法可望在同类流体的研究中推广应用.

硅基复合氧化物抗结焦涂层的组分选择

采用化学气相沉积法在裂解炉管内表面沉积纯硅、硅铬、硅铝或硅铈的氧化物涂层,对涂层进行了SEM和EDS表征,并对其抗结焦性能进行了评价。实验结果表明,纯硅气相沉积得到球状颗粒氧化硅涂层,并含有大量C元素杂质;硅铈气相共沉积得到含有较少C元素的球状颗粒氧化硅涂层;硅铬气相共沉积可以减少涂层中的C元素,得到均匀致密的氧化硅涂层;硅铝气相共沉积后裂解炉管表面只有部分覆盖氧化硅涂层。硅铬氧化物涂层在6周期的石脑油水蒸汽热裂解评价中,结焦抑制率保持在80%以上。

含扭曲片乙烯裂解炉管内流场的数值模拟

基于网格生成法,采用计算流体力学对含扭曲片的乙烯裂解炉管内强化传热的流场(流速、压降和阻力损失)进行了数值模拟,并分析了扭曲片的扭曲比对流场的影响。结果表明,流体流经扭曲片的切向速度迅速增大;流出构件后,切向速度沿轴向逐渐变小,而沿径向逐渐增大。在管径方向存在1个轴向速度等于整个截面平均轴向速度的点。管内总压降及扭曲片局部压降均随雷诺数增大而增大,不随管径变化而变化。管内平均阻力系数与雷诺数呈线性关系,随着雷诺数增大而变小;扭曲片局部阻力损失随着雷诺数的增大而迅速增大,随管径减小而增加。扭曲比对管内流场有影响,较佳的取值范围为2.4～2.6。

乙烯裂解炉管运行失效研究及焊接修复

乙烯裂解炉管由于服役环境恶劣,长时间运行后容易产生破损需要进行修复,但在焊接修复时极易开裂,为了找出其易开裂的原因,本文用扫描电镜和金相显微镜观察分析了HP40Nb乙烯裂解炉管服役前后的组织性能变化,并通过热力学计算对试验结果进行分析,找出了焊接性能恶化的原因,并制定热处理工艺改善其焊接性.结果表明:长时间服役后,炉管析出相为M23C6、M7C3和MC相,析出相严重长大粗化,沿晶界呈链状分布,使材料塑性几乎为0,这是导致焊接易开裂的主要原因;通过热处理改善碳化物的分布形态,可以有效提高旧管的塑性和焊接性;通过热力学计算得出,当基体中固溶的Cr质量分数大于10%时,为M23C6的析出过程,基体固溶的Cr质量分数小于10%时,为M7C3的析出过程.

新型扭曲片管在乙烯裂解炉中的数值模拟研究

利用数值模拟的方法研究了新型扭曲片管(在原扭曲片管的基础上,对结构进行了优化和改进)在乙烯裂解炉上的应用,计算得到了炉管内流体速度、油气温度和烃类热裂解反应主产物收率的分布情况,并将模拟结果与原扭曲片管进行了对比。模拟结果表明,沿径向方向,在扭曲片管的管壁附近存在较大的速度梯度,管壁附近温度较高,有利于热裂解反应的发生,乙烯收率较高;沿炉管长度方向,扭曲片管结构的改变对炉管内速度场、压力场和温度场的影响逐渐降低,对烃类热裂解反应主要产物乙烯、丙烯和丁二烯收率的影响不大。

乙烯裂解炉管渗碳损伤磁滞检测方法的影响因素研究

针对乙烯裂解炉管渗碳损伤的磁滞无损检测方法开展试验研究,主要分析渗碳层厚度、裂纹缺陷、微观组织及结焦等因素对磁滞检测结果的影响规律。通过开展渗碳、金相观察、矫顽力检测及高温力学性能测试等试验研究和对比分析,建立了渗碳层厚度、碳化物宽度、材料高温力学性能等与矫顽力的关系。研究结果显示,磁滞检测方法可以有效检测渗碳层厚度,并反映炉管材料的脆化程度。

基于风险的乙烯裂解炉炉管失效概率分析

乙烯裂解炉炉管是裂解炉的关键部件,它的失效会带来火灾爆炸等严重后果。根据蒙特卡罗方法和美国石油学会的API581中的风险分析理论,对某石化公司的乙烯裂解炉炉管的失效概率进行了定量分析和计算。通过两种方法的结果比较看出,应用蒙特卡罗方法分析计算在蠕变和渗碳的相互作用下炉管的失效概率随着运行时间增加而不断增加;而应用API581中基于风险检验方法计算炉管在蠕变失效下的年失效概率,由于未考虑渗碳失效,所得到的失效概率相对于利用蒙特卡罗方法计算的失效概率要低。

乙烯裂解炉的结焦及其抑制技术

介绍了乙烯裂解炉的结焦机理(金属催化结焦、自由基结焦和焦油聚合结焦)、影响结焦的主要因素(原料性质和裂解深度、稀释蒸汽、停留时间和裂解温度)和抑制炉管结焦的主要技术(裂解原料的优质化、炉管表面处理和添加抑制剂),着重综述了近几年国内外炉管表面处理技术的研制情况和添加抑制剂技术的进展及其工业应用情况,提出炉管表面处理技术的工业应用有待发展和突破,结焦抑制剂的发展方向是复合的多功能抑制剂。

扭曲片管强化传热技术在乙烯裂解炉中的应用

介绍了扭曲片管强化传热技术在乙烯裂解炉中的应用。扭曲片管在控制压降的同时增加裂解炉管的传热系数,降低裂解炉管壁温度,增加裂解炉的运行周期或者提高裂解炉的处理量。分析了应用过程中出现了扭曲片管的损坏问题,结果表明,出现损坏的扭曲片管是在制造过程中质量管理不严格造成的。

乙烯裂解炉管抗结焦氧化物的研究

采用速热分解法制备了多种氧化物,并考察了氧化物催化焦炭和水蒸气发生气化反应的能力。采用热重分析仪、红外分析仪和湿式流量计,得到了反应过程中试样的质量变化和反应的焦炭量,筛选出具有良好的催化焦炭和水蒸气发生气化反应的氧化物BaCe_(0.8)Y_(0.2)O_3,并对其进行了XRD和XPS表征。多次循环实验结果表明,BaCe_(0.8)Y_(0.2)O_3具有良好的稳定性,且多次反应后BaCe_(0.8)Y_(0.2)O_3的晶型和元素价态变化不大。在以乙烷为原料的压片结焦评价实验中,BaCe_(0.8)Y_(0.2)O_3氧化物压片只有少量结焦,抗结焦性能较好。

乙烯裂解炉炉管的熔融腐蚀破坏

熔融腐蚀是乙烯裂解炉辐射段炉管在使用中常发生的一种破坏形式,文章通过宏观检验、光谱分析、扫描电镜及能谱、金相组织、原料含硫量调查、结焦、烧焦工艺分析,得出了某乙烯装置裂解炉炉管的熔融失效原因:炉管表面局部产生结焦、碱金属盐等形成低熔点共晶物、碱金属离子催化燃烧作用加之烧焦过程空气流量和温度控制的影响,使炉管表面形成过热点,局部温度超高,保护膜破坏发生熔蚀,同时渗碳、氧化、蠕变以及介质冲刷共同作用,造成炉管短期内局部腐蚀损坏泄漏。防止熔融腐蚀破坏的措施是控制裂解炉烧焦时炉管出口温度COT,加强添加结焦抑制剂,控制原料、稀释蒸汽等物料中碱金属离子含量以及对裂解炉烧焦加强巡检。

3种强化传热炉管的流动和传热特性的数值模拟研究

利用数值模拟方法对梅花管、MERT管和扭曲片管3种强化传热炉管进行了流动和传热特性的研究。采用RNGk-ε湍流模型求解了动量方程和能量方程,给出了3种强化传热炉管的流动和传热特性,包括速度场、湍动强度场和温度场的分布;计算了3种强化传热炉管的压降、摩擦系数、努塞尔数(Nu)和强化传热综合因子。研究结果表明,梅花管主体为活塞流,MERT管和扭曲片管为旋转流;管内湍动强度在强化传热构件附近相对较大;管内流体温度场比较均匀。由强化传热元件产生的压降和摩擦系数的大小顺序为:MERT管>梅花管>扭曲片管;Nu的大小顺序为:MERT管>梅花管>扭曲片管;强化传热效果的优劣顺序为:扭曲片管>梅花管>MERT管。

扭曲片管强化传热技术在SRT-Ⅳ型裂解炉上的应用试验

中国石化公司北京燕山分公司为了进一步验证和改进"裂解炉管扭曲片管强化传热技术"的应用效果,在SRT-Ⅳ型裂解炉上进行了炉管强化传热整炉工业试验。共进行了三次工业试验,分别考察应用裂解炉管扭曲片管强化传热技术后,裂解炉在石脑油正常裂解条件、高负荷(裂解温度提高至830℃,处理量提高7%以上)条件及重柴油高负荷(处理量提高7%以上)条件下的运行情况。试验结果表明:裂解炉管扭曲片管强化传热技术适应性强,完全可以满足裂解炉在高负荷条件下的运行要求;应用裂解炉管扭曲片管强化传热技术后,裂解炉运行周期大幅延长(三次试验运行周期分别延长了7%、70%、27%),强化传热效果显著(裂解炉辐射段炉管管壁温度降幅在20℃以上),对裂解炉的操作和运行没有不良影响,对裂解炉的主要产品收率以及产物分布影响不大。

烯烃部裂解炉翅片管泄漏原因分析

某乙烯装置由于裂解炉预热段翅片管发生泄漏而造成总收率下降。经过对失效炉管运行状况的分析及相关检测找出了翅片管泄漏的原因,并提出了相应的防护措施。

强化传热技术在裂解炉上的应用

近年来强化传热技术在国内裂解炉上得到了广泛的推广与应用,它是通过安装在辐射段炉管不同部位的强化传热构件来改善物料流动状态,起到增强传热的效果。介绍了扬子石油化工有限公司在裂解炉上应用这一技术的具体情况。应用结果表明,该技术不仅可以提高炉管的传热效率,而且能够延长裂解炉运行周期和炉管使用寿命。