蒙福祥
（中海石油富岛有限公司，海南 东方572600）
［摘 要］ 中海石油富岛有限公司一期合成氨装置一段炉于1996年投用，其炉管分别于2005年12月和2009年12月进行过2次更换；2018年3月更换了转化催化剂后，2019年初部分炉管出现热斑，炉管表面温度已接近或超过设计温度。为确保炉管的安全、稳定运行，利用拉森-米勒（L-M）曲线反推法，对使用寿命为10×104 h的炉管在各种操作温度下所需的实际壁厚进行计算，并通过拉森-米勒（L-M）曲线参数公式推导出各操作温度下炉管的理论使用寿命。计算结果表明：理论上一段炉炉管在现有的操作条件下（压力3.9 MPa、温度893 ℃以下）长期使用是可行的，即使炉管实际操作温度提高到920 ℃，炉管强度仍能满足使用要求；但由于炉管已处于使用寿命的中后期，宜采用一些延长炉管服役周期的措施，即需精心操作、合理地控制工艺参数，才有可能确保炉管剩余寿命期内的安全、稳定运行。
［关键词］ 一段炉炉管；设计温度；设计压力；操作温度；拉森-米勒（L-M）曲线；炉管壁厚；使用寿命；应对措施
［中图分类号］ TQ113.25+4［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2019）06-0022-03
0 引 言
中海石油富岛有限公司一期合成氨装置一段炉是1994年日本千代田化工株式会社负责设计的，采用托普索侧烧炉结构；一段炉辐射段分南、北2炉，共有108根炉管；对流段置于辐射段上部；一段炉炉管原制造厂为日本久保田株式会社，材质为KHR35CT（相当于HP-Nb）。一段炉原炉管自1996年投用后，一直运行到2005年12月，期间2005年9月5日发生过南炉53#炉管爆管事故，事故发生后进行炉管剖析，结论为炉管局部过热所致。此后，一段炉炉管共进行过2次更换，具体情况如下。
2005年12月对一段炉炉管进行第一次更换，新炉管完全按照旧炉管的材质、规格重新制造，设计温度873 ℃、设计压力4.4 MPa，炉管规格φ132 mm×153 mm，炉管有效壁厚9.7 mm，材质为KHR35CT(相当于HP-Nb)。更换完成投用后，2007年6月13日南炉54#炉管开裂，2008年11月28日北炉28#炉管爆管。2次炉管爆裂后均进行了剖析，结论均为炉管局部过热。
2009年12月，对一段炉炉管进行第二次更换，同时还更换了转化催化剂。新炉管是在原炉管的基础上，经洛阳石化工程设计有限公司强度核算、经江苏标新久保田工业有限公司工厂化设计重新制造的，设计温度893 ℃、设计压力4.4 MPa，炉管规格φ132 mm×159.6 mm，炉管有效壁厚13 mm，材质为KHR35CT(相当于GX45NiCrNbTi35-25)。更换完成投用后，一直运行正常，至2017年底，转化催化剂已到使用寿命末期，活性下降，炉管吸热能力也下降，导致炉管温度偏高；2018年3月更换转化催化剂，2019年初部分炉管出现热斑，炉管表面温度接近或超过设计温度，操作人员及时调整了烧嘴背压，降低了炉管温度（见图1）。通常情况下，为确保炉管安全、稳定运行，其操作温度应低于设计温度，且据经验现阶段炉管已处于使用寿命的中后期，更应注重操作温度的把控。因此，在目前这种情况下，对一段炉炉管提高操作温度的可行性进行论证和预测炉管剩余使用寿命显得非常重要。
1 一段炉炉管提高操作温度的可行性分析
富岛一期合成氨装置一段炉在役炉管设计使用寿命为10×104 h，按蠕变断裂进行设计，设计温度为893 ℃、设计压力为4.4 MPa，炉管规格φ132 mm×159.6 mm，炉管有效壁厚13 mm，材质为KHR35CT。
1.1 从炉管材料本身验证炉管的强度
单从炉管材料本身角度验证炉管的强度（炉管壁厚），以下分别计算对应10×104 h寿命的炉管在4.4 MPa 及880 ℃、893 ℃、900 ℃、905 ℃、910 ℃、920 ℃（可能达到的最高温度）条件下需要的实际应力壁厚，具体根据《炼油厂加热炉炉管壁厚计算》（API 530—2003）中断裂设计壁厚的计算公式δ=prD0/（2σr-pr）［1］进行计算（式中：δ为炉管的应力壁厚，mm；pr为断裂设计应力，MPa；D0为炉管的外径，mm；σr为最小断裂许用应力，MPa）。其中，江苏标新久保田工业有限公司各类材质牌号及性能手册中KHR35CT的拉森-米勒（L-M）参数（如图2）P L-M计算公式为P L-M=(Td+273) ×(23+lg tr) ×10-3（式中：Td为设计温度，℃；tr为设计使用寿命，h）［2］。
更多内容详见《中氮肥》2019年第6期