裂解炉除焦除垢现状

⑴ 乙烯裂解炉的节能措施

1. 改善裂解选择性
对相同的裂解原料而言，在相同工艺设计的装置中，乙烯收率提高1%，则乙烯生产能耗大约相应降低1%。因此，改善裂解选择性，提高乙烯收率是决定乙烯装置能耗的最基本因素。通过裂解选择性的改善，不仅达到节能的效果，而且相应减少裂解原料消耗，在降低生产成本方面起到十分明显的作用。
（1）采用新型裂解炉。新型裂解炉均采用高温-短停留时间与低烃分压的设计。20世纪70年代，大多数裂解炉的停留时间在0.4s左右，相应石脑油裂解温度控制在800-810℃，轻柴油裂解温度控制在780-790℃。近年来，新型裂解炉的停留时间缩短到0。2s左右，并且出现低于0.1s的毫秒裂解技术，相应石脑油裂解温度提高到840℃以上，毫秒炉达890℃；轻柴油裂解温度提高到820℃以上，毫秒炉达870℃。由于停留时间大幅度缩短，毫秒炉裂解产品的乙烯收率大幅度提高。对丁烷和馏分油而言，与0.3-0.4s停留时间的裂解过程相比，毫秒炉裂解过程可使乙烯收率提高10%-15%。
（2）选择优质的裂解原料。在相同工艺技术水平的前提下，乙烯收率主要取决于裂解原料的性质，不同裂解原料，其综合能耗相差较大。裂解原料的选择在很大程度上决定乙烯生产的能耗水平。通过适当调整裂解原料配置结构，优化炼油加工方案，增加优质乙烯原料如正构烷烃含量高的石脑油等供应，改善原料结构和整体品质，在提高乙烯收率的同时，达到节能降耗的目标。
（3）优化工艺操作条件。通过优化裂解炉工艺操作条件，不仅能使原料消耗大幅度降低，也能够使乙烯生产能耗明显下降。不同的裂解原料对应于不同的炉型具有不同的最佳工艺操作条件。对于一定性质的裂解原料与特定的炉型来说，在满足目标运转周期和产品收率的前提下，都有其最适宜的裂解温度、进料量与汽烃比。如果裂解原料性质与原设计差别不大，裂解炉最优化的工艺操作条件可以参照设计值。反之，则需要利用SPYRO软件或裂解试验装置对原料重新评价，以确定最佳的工艺操作条件。
2 延长裂解炉运行周期
（1）优化原料结构与工艺条件。
裂解原料组成与性质是影响裂解炉运行周期的重要因素。一般含氢量高、低芳烃含量的原料具有良好的裂解性能，是裂解炉长周期运行的必要条件。对不饱和烃含量较高的原料进行加氢处理，是提高油品质量的有效途径。当裂解原料一定时，工艺条件是影响裂解炉运行周期的主要因素。低烃分压、短停留时间和低裂解温度有利于延长裂解炉运行周期。但考虑到烯烃收率与蒸汽消耗，需要对裂解深度与汽烃比控制加以优化。
（2）采用在线烧焦。裂解炉在线烧焦是在炉管蒸汽-空气烧焦结束后，继续对废热锅炉实施烧焦。与传统的烧焦方式相比，在线烧焦具有明显的优势。一是裂解炉没有升降温过程，可以延长炉管的使用寿命，并可节省裂解炉升降温过程中燃料与稀释蒸汽的消耗；二是由于在线烧焦，裂解炉离线时间短，可以提高开工率，并可增加乙烯与超高压蒸汽的产量。目前BASF在线烧焦程序已在国内外乙烯裂解炉上成功应用了多年，事实证明，采用在线烧焦可大大减少废热锅炉的机械清焦次数，有效地降低乙烯装置的能耗。

⑵ 为什么说石油化工生产的龙头是裂解炉

石油组成比较复杂，即使成油品，也是众多组分的混合物。例如汽油中就含有上百种碳氢化合物，它们的沸点范围从室温到200℃，其主要组分为烷烃、环烷烃、烯烃和芳香烃。

裂解炉当石油作为燃料燃烧时，可以直接利用这些混合物。但将石油作为化工原料时，必须先将其中所含的各种化合物通过化学反应转化成分子较小的烃类，如乙烯、丙烯、苯和甲苯等，这个重任就落在乙烯装置的龙头—裂解炉来完成。目前，世界上石油化工产品的原料主要出自裂解炉。

裂解炉以轻烃、石脑油、柴油等作为裂解原料，在水蒸气的伴随下，约在800℃的高温下，在很短的时间里（0.2秒或更短）完成裂解反应，形成低分子量的烃类，再经过分离提纯就可得到目的产物：三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）、三苯（苯、甲苯和二甲苯）和副产物（裂解焦油等）。通常用乙烯、丙烯的产率和能量消耗来衡量裂解炉的技术水平。目前，经济合理的裂解装置，其乙烯年生产能力都在60万吨甚至达到百万吨以上，所以，工业裂解炉绝大多数是钢铁构成的庞然大物。

工业上采用的是管式裂解炉，它和蒸汽锅炉一样，炉内有许多按一定规则排列的合金钢管。蒸汽锅炉管内通水，管外烧火加热，在一定温度下使水变蒸汽；而裂解炉和烧锅炉的道理一样，只不过管子内通的是裂解原料。裂解原料经预热后，与过热蒸汽混合进入裂解炉上部即对流段炉管，将裂解原料升温至600℃左右，此时原料全部气化，然后进入裂解炉下部即辐射段炉管，此时辐射段炉膛温度高达1000℃，气化的原料很快升至800℃左右，发生裂解反应。裂解是强吸热反应，燃料气通过喷嘴喷入炉膛燃烧，以加热辐射段炉管，燃烧后的高温烟气继续加热对流段炉管，然后从烟囱排出。

从裂解炉出来的高温裂解气，立即进入废热锅炉，一方面回收裂解气的热量，产生高压蒸汽，用以驱动各种机泵，另一方面必须使裂解气快速降温至500℃以下，防止继续发生反应。降温后的裂解气进入急冷系统，进一步冷却，除去液体产物，再送至压缩分离部分。

裂解过程中，除了生成以“三烯”为主的气体产物和以“三苯”为主的液体产物以及裂解焦油等副产物外，还有少量的焦炭结在裂解炉管内壁和废热锅炉的换热管内。这就像饭锅底结的锅巴和水壶底结的水垢一样，影响传热，必须定期清除，称为“清焦”。两次清焦的间隔，称为裂解炉的运转周期，运转周期越长效率越高。

裂解反应对石油化工的发展相当重要，因此，裂解炉是石油化工的龙头。

⑶ 裂解炉烧焦概念是什么

炉管内由于裂解反应，时间一长，会产生一层焦，阻止热量的传递，由于裂解反应是强吸热反应，结焦后，反应温度达不到要求，乙烯等收率会降低，另外，结焦后对炉管本身的性能也会有影响，所以要通过清焦风（空气），将这层焦烧掉。

⑷ 裂解炉运行为什么要烧焦

蒸汽裂解制乙烯，温度800多度。有机物在这样高的温度下发生裂解，自然有少量的碳生成，就是结焦。尽管采用多种方法防结焦，但是效果都不是特别理想。

⑸ 汽化炉的焦油和水分怎样解决

解决焦油的方法
1，水洗，喷淋，生物质过滤。
且不说水洗会二次污染，参与过滤的生物质需经常更换，就说这套净化设施的成本，和需要二次动力就阻碍了户用秸杆汽化炉的发展。有说用离心式引风机能解决二次动力，以便完成水洗，试问：80瓦以下的引风机能配套吗，说是80瓦，在负荷时100瓦也要多，况且单一水洗根本不能完全解决焦油问题，还要有旋风除尘，低温过滤，等一系列方法。所以该方法只适合大型集中供气系统。
2. 高温裂解

每个秸杆汽化炉都有4个反应层，干燥，裂解，还原，氧化〈燃烧〉。为什么我们的汽化炉产的气不纯净，含大量的焦油，水呢？不是我们的炉子没有还原反应层，而是气体在还原层停留的时间太短，温度有太低，满足不了完全还原条件而已。
现重点说还原反应：在还原层已没有氧气的存在，在燃烧反应中生成的二氧化碳在这里同碳，水蒸汽发生还原反应，生成一氧化碳和氢气这些可燃气体，还原层的主要产物为一氧化碳，氢气，这些热气体同燃烧层生成的部分热气体进入裂解层。由于还原反应是吸热反应，在这里温度减低到700度左右。由于水和碳的反应是可逆反应，温度低于700度时，水蒸汽与碳的反应速度极为缓慢，在400度时几乎没有反应发生，只有在800度开始，反映才会有明显增加。热解过程包含许多复杂的反应，250度时的主要产物是co2,co,h2o,焦碳。400度时又发生一些反应，生成co2,co,h2o,h2,ch4,焦碳，焦油。温度继续生高到800度并有足够的停留时间时，出现二次反应，既：还原反应。水和碳反应生成一氧化碳和氢气，焦油裂解为氢，甲烷，轻胫类可燃气体和碳。温度升到1000度时，还原速度达到顶峰，只须1秒时间。
目前我们的秸杆汽化炉产的气不纯净，不易点燃，就是这个还原反应的条件达不到，二次污染不说，气的热值也不高，所以户用秸杆汽化炉要在结构上变化满足还原反应的条件，产的气就是永不冷凝的，纯净的热值高的可燃气体。并不象有些人说的焦油和水是世界难题。
高温裂解一论中指出：焦油，水的排放不仅二次污染，还降低了可燃气体的含量。下吸式汽化炉也仅仅是少部分解决了该问题，它还需配备净化装置。上吸的就不要再提拉。原因就是在还原层的裂解温度不够。高温裂解需要1000-1200度的高温。这温度只有在氧化层《燃烧层》，才能达到，所以，高温裂解在理论上成立，在实验室也能达到理想效果，但，在实际的生产，加工，推广，老百姓应用中达不到理想效果。为解决高温的瓶颈，采用催化裂解。
催化裂解就是在还原反应过程中加入催化剂，参与还原反应。关于催化裂解的反应机理很复杂，不在赘述。单说这催化裂解技术的应用：使用催化剂的最大目的是：把裂解还原的温度降低拉，就是说焦油在催化剂的作用下，只需750度的高温就开始急剧裂解，焦油裂解效率达百分之99，而在还原层的温度刚好满足催化裂解所需温度。就是说催化裂解也需要高温，不过是利用自供热系统而已。并不是象某些人说的低温裂解，在外置净化器内填充催化剂来裂解，这理论纯属忽悠，充其量不过是化学分解而已，与降温冷凝排焦并无二致。催化裂解在750度温度以下并不能实现。
3.催化裂解
焦油含量在0. 02-0. 05g/m，(标准状态下)范围内是可以接受的，但以目前的气化技术分析，在没有采用专门的焦油裂解设备情况下，大部分气化工艺中原始气体中焦油含量在2一50g/m3之间，净化系统的净化效果至少需要99％一99.9%才能达到气化要求，所以单一任何一种除焦过程很难满足气化工艺的要求，需要采用多净化过程相结合的除焦除尘工艺。
以目前的除焦技术看，水洗除焦法存在能量浪费和二次污染现象，净化效果只能勉强达到内燃机的要求;热裂解法在1100℃以上能得到较高的转换效率，但实际应用中实现较困难;催化裂解法可将焦油转化为可燃气，既提高系统能源利用率，又彻底减少二次污染，是目前较有发展前途的技术。
①焦油催化裂解的原理。尽管在生物质气化过程中采取各种措施控制焦油的产生，但实际上气体中焦油的含量仍远远超出应用允许的程度，所以对气体中的焦油进行处理，是有效利用燃气必不可少的过程，其中焦油的催化裂解是最有效、最先进的办法。以往简单的水洗或过滤等办法，只是把焦油从气体中分离出来，然后作为废物排放，既浪费了焦油本身的能量，又会产生大量的污染。而焦油热裂解却可把焦油分解为永久性气体，与可燃气一起被利用。所以它既减少了焦油含量，又利用了焦油中的能量。但热裂解需要很高的温度(1000-1200℃)，所以实现较困难。催化裂解利用催化剂的作用，把焦油裂解的温度大大降低(约750一900℃)，并提高裂解的效率，使焦油在很短时间内裂解率达99%以上。
焦油的成分影响裂解的转化过程，但不管何种成分，裂解的最终产物与气化气体的成分相似，所以焦油裂解对气化气体质量没有明显影响，只是数量有所增加。对大部分焦油成分来说，水蒸气在裂解过程中有关键的作用，因为它能和某些焦油成分发生反应，生成CO和H2等气体，既减少炭黑的产生，又提高可燃气的产量。
②催化剂的特点及选择。生物质焦油催化裂解原理与石油的催化裂解相似，所以关于催化剂的选用可从石油工业中得到启发。但由于焦油催化裂解的附加值小，其成本要求很低才有实际意义.所以人们除利用石油工业的催化剂外，还大量研究了低成本的材料，如石灰石，石英砂和白云石等天然产物。
③焦油催化裂解的工艺条件。焦油催化裂解除要求合适的催化剂外，还必须有严格的工艺条件口和其他催化过程一样，影响催化效果最重要因素有温度和接触时间，所以其工艺条件也是根据这方面的要求来确定的。
④实现催化裂解工艺要求的关键。对理想的白云石催化剂，裂解焦油的首要条件是足够高的温度(800℃以上)，这一温度与流化床气化炉的运行温度相似。有关的实验表明，把白云石直接加人流化床气化炉中对焦油有一定的控制效果，但并不能完全解决问题。这主要是由于气化炉中焦油与催化剂的接触并不充分(因为焦油的产生主要在加料口位置，但即使循环流化床，加料口以上的催化剂数量也不可能很多)。所以为了达到预期效果，气化和焦油裂解一般要求在两个分开的反应炉中进行，这就使实际应用出现下列难题。
a.气化炉出口气体的温度己降至600℃左右，为了使裂解炉的温度维持在800℃以上，必须外加热源或使燃气部分燃烧(一般燃烧份额为5%一10%)，这就使气化气体质量变差，而且显热损失增加。
b.不管裂解炉采用固定床还是流化炉，气化气体中灰分或炭粒都有可能引起裂解炉进口堵塞。所以裂解炉和气化炉之间需增加气固分离口装置，但不能使气体温度下降太多，这就使系统更加复杂。
C.由于焦油裂解需独立的装置，而且由于高温的要求，裂解装置要连续进行(否则效率太低)，这就使催化裂解技术只适于较大型的气化系统，限制了该技术和适用性。
所以应用焦油催化裂解的关键，就是针对不同的气化特点，设计不同的裂解炉，尽可能降低裂解炉的能耗并提高系统热效率

⑹ 在管式裂解炉中为什么会结焦结焦对生产操作有什么影响

锅炉结焦与煤炭含硫量没有必然关系。
燃煤锅炉的结焦原因及预防
锅炉结焦是燃煤锅炉运行中比较普遍的问题,结焦是煤粉炉中熔融的渣粒粘结在受热面上的一种现象。一般情况下,炉膛火焰的温度很高,在此温度下,燃料燃烧后的灰多呈熔化或软化状态。随着烟气一起运动的灰渣粒,由于炉膛水冷壁受热面的吸热而同烟气一起被冷却。如果液态的渣粒在接近水冷壁或炉墙前,已经因为温度降低而凝固,当附在受热面管壁上时,将形成一层疏松的灰层,运行中通过吹灰很容易除掉。若渣粒是以液态或半液态粘附到受热面管壁或炉墙上,将形成一层致密的灰渣层,称为结焦。

受热面结焦后,结焦层热阻很大,受热面传热能力下降,炉内吸热减少,导致烟温升高,锅炉排烟损失增大。与此同时,会引起汽温偏高,运行中为保持额定参数,不得不增加减温水量,甚至被迫降低出力。炉膛出口温度升高引起炉膛出口结焦后,增加了烟气阻力,也会造成锅炉运行经济性降低。水冷壁结焦后,传热能力下降,结焦和不结焦部分受热不均匀,可能引起水冷壁爆管事故。炉内结焦后,炉膛出口烟温上升引起过热汽温升高,而过热器、再热器结焦会加大热偏差,导致高温过热器、高温再热器超温爆破。当锅炉结焦严重,大焦突然落下时,还有可能造成灭火,甚至砸坏水冷壁管子,造成恶性事故。
1 锅炉结焦原因
从根本上看,燃煤电厂炉内结焦问题既是一个复杂的物理化学过程,也是一个炉内含灰气流的流动和传热传质过程。根据有关文献资料对电厂结焦锅炉进行分析调查,影响燃煤锅炉结焦因素主要有4个:煤质特性,锅炉设计特性参数(qv,qf,qr),炉内燃烧的空气动力场特性及锅炉的运行管理。锅炉发生结焦多是各种因素复合作用的结果,以煤质特性影响最大,锅炉特性参数次之,然后是空气动力场特性,运行管理方面的原因也不可忽视。
1.1 煤质特性
在影响结焦的因素中,煤质特性是主要的。近几年来,由于燃料供应紧张,往往煤质很难满足锅炉设计煤种的要求。煤在燃烧时,其灰分熔融特性用变形温度t1、软化温度t2和熔化温度t3来表示,软化温度t2的高低是判断煤灰是否容易结焦的主要指标。灰的成分不同,其熔点也不同。当煤中的硫化铁、氧化亚铁、氧化钾和氧化钠含量大时,灰熔点低,就容易结焦;当煤中的氧化硅、氧化铝含量大时,灰熔点就高,就不容易结焦。煤的灰熔点一般在1250～1500℃,而有些煤的灰熔点则低于1100℃,锅炉燃用这种煤就非常容易结焦。
另外,同一种灰分,其周围介质性质改变时,熔点也要发生变化。如灰分与一氧化碳、氢气等还原性气体相遇时,其熔点会降低,这是因为还原性气体在高温下能将灰分中的高熔点氧化铁还原成熔点低的氧化亚铁。所以,在还原性介质中测得的灰熔点要比在氧化性介质中测得的灰熔点低。
1.2 锅炉设计特性参数的影响煤粉锅炉炉膛是锅炉最主要的组成部分之一,除了与燃烧器一起形成良好的燃烧条件以利于燃料着火外,主要是保证燃料的燃尽和将燃料产生的烟气冷却至必要的程度。炉膛结构设计特性对结焦影响很大,炉膛容积热负荷qv、炉膛截面热负荷qf是根据设计煤种和额定参数设计的。qv过大表示炉膛容积过小,炉膛水冷壁面积设计过小,炉膛内火焰温度高,容易造成结焦;相反,如果qv过小,则表示炉膛容积过大,炉内水冷壁布置增加,炉膛内火焰温度偏低,容易灭火。炉膛截面热负荷qf决定炉膛截面尺寸,qf越小,表示释放同样热量时,炉膛截面愈大,炉膛截面周界长度也大,燃烧区域每米炉膛高度沿横截面周界所具有的辐射受热面越多,传热能力越强,就越不容易结焦。qf选取比qv更为重要,因为这一数值的大小决定了炉膛形状,直接影响空气动力场,它的选取与燃料种类、灰渣特性、排渣方式、燃烧方式有关。
随着锅炉容量的增大,燃烧器采用多层布置,燃烧器区域壁面热负荷qr表示炉内燃烧区域温度水平与换热强度,是设计大型锅炉时作为qv和qf的一种补充指标,qr越大说明炉膛燃烧区域受热面温度水平高,容易引起受热面结焦,为了防止qr过高,可将上下排燃烧器距离拉大,降低qr,对燃用有严重结焦倾向的煤有利。qv、qf、qr是衡量锅炉炉膛燃烧的重要参数,也是判断锅炉是否容易结焦、燃烧是否稳定的重要依据。
1.3 空气动力场特性影响炉内空气动力工况不良而造成的燃烧切圆过大或燃烧中心偏离,也会造成高温烟气流冲刷水冷壁面,使熔渣在接触壁面前无法凝固而结焦。
1.3.1 炉内实际切圆切向燃烧在炉内形成强烈旋转上升的气流,气流最大切向速度的连线构成炉内实际切圆,炉膛中心是速度很低的微风区,这就是切向燃烧锅炉炉膛内空气动力场的特点。实际切圆是切向燃烧的一个重要参数,对炉膛结焦、稳燃以及炉膛出口的烟速、烟温偏差都有重要的影响,实际切圆偏大则容易引起结焦,实际切圆偏小则影响燃烧稳定性。因此,保证适中的实际切圆直径非常重要,影响实际切圆直径的主要参数有安装切圆直径、燃烧器高宽比、燃烧器的间隙率、一、二次风动量比、燃烧器喷口总面积与炉膛截面积比及燃烧器摆角等。
1.3.2 一次风射流刚性
刚性是抗偏转能力的衡量标准,与喷口的结构及射流的动量有关,细长型喷口射流刚性比短粗型要强,当一次风射流动量增大时,气流抗偏转能力变强。
1.3.3 射流两侧补气条件差异射流两侧补气条件主要由炉膛截面长宽比、假想切圆直径、燃烧器组高宽比确定。对炉膛截面长宽比大的炉膛,燃烧器轴线与两侧墙面的夹角差增大,当假想切圆直径增大时,也导致同样的结果,燃烧器轴线与两侧墙面的夹角不等,造成射流两侧补气条件差别大,引起作用在射流两边的压差,使气流容易贴边而结焦。
1.3.4 燃烧器组高宽比及燃烧器喷口间隙燃烧器组高宽比及燃烧器喷口间隙也影响射流两侧补气条件。燃烧器组高宽比越大时,燃烧器组中间部分从上下两侧获取补气的条件越差,炉内旋转强度增加,一次风贴墙严重引起结焦。
1.3.5 一、二次风动量比一次风速主要根据煤粉着火以及输送的需要和火焰传播速度选取,二次风主要是根据风粉气流扩散混合燃烧和焦碳燃尽的需要选取。一次风射流偏转的主要原因是上游邻角横扫过来的惯性力,该惯性力是由上游一、二、三次风混合后形成的综合动量。一、二次风动量比越大,则一次风射流偏转程度越大,炉内实际切圆越大,越容易引起结焦。
1.4 运行管理方面的原因
炉内过量空气系数、四角风粉的均匀性、炉内温度水平、煤粉细度、一次风速、锅炉是否超负荷运行等都会影响结焦。另外,是否及时吹灰对炉内结焦也有影响。
2 预防措施
2.1 合适的炉膛热负荷
由于实际燃用煤与设计煤种不同,会造成qv、
qf过高而产生结焦,可通过改造燃烧器或卫燃带来降低燃烧器区域的热负荷,使炉膛内温度场分布合理,避免发生结焦。
2.2 合理的煤粉细度
根据实际煤种情况,通过对煤粉分离器及制粉系统的调整,保证合适的煤粉细度,当燃煤的挥发分有所变化时,可通过改变一次风率作为防止结焦和稳燃的辅助手段。在实践中,煤粉细度的选择,应兼顾稳燃、炉膛及炉膛出口受热面是否结焦、机械未完全燃烧损失、制粉电耗等因素综合考虑。
2.3 吹灰
加强吹灰器的管理,保证吹灰器的投入率,尤其要确保屏式过热器、高温过热器部位吹灰器的正常工作,应定时吹灰,防止受热面积灰影响传热,使烟气温度过高引起结焦。
2.4 混合煤掺烧
混合掺烧不同的煤种,特别是混烧结焦性强和结焦性差的煤种,是预防结焦、提高锅炉热效率的好方法;但结焦性强的煤种要避免和高灰分煤种混烧,这样会加剧锅炉的结焦。
2.5 改善炉内空气动力工况
通过严格的空气动力场试验,缩小假想切圆的直径,并且把单切圆扰动改为双切圆扰动。由原来的一、二次风混合燃烧扰动的一个假想切圆,改造成由一次风粉扰动和二次风扰动形成的2个假想切圆,二次风切圆在外,防止了煤粉气流的贴壁、飞边现象,从而有效地避免了水冷壁结焦。要堵塞漏
风,漏风破坏了正常的炉内空气动力工况,影响火焰充满程度与搅拌混合情况,并改变了火焰中心位置,降低炉温,使燃料着火推迟,火焰中心上移,促使受热面结焦。
炉膛热负荷、炉膛内燃烧工况、氧量在运行中可以监测到,若发现异常,应及时调整,有结焦应及时清除,这是防止结焦的有效手段。

⑺ 乙烯裂解炉工况特点

乙烯裂解炉辐射炉管KHR45A材料的焊接工艺

作者：中石化三公司 申大伟

摘要：针对乙烯裂解炉辐射炉管材料KHR45A进行焊接性分析和焊接工艺评定，制定了一套合理的焊接工艺施工措施用于指导焊接生产，并取得了成功。
关键词：KHR45A；焊接；工艺

目前，国内外石化市场主要在具有战略意义的原油储备市场及以乙烯及其产品为龙头的乙烯装置生产两方面竞争激烈。我国现在已拥有3套70万t/年乙烯生产装置，要建好一套乙烯装置，首先要建好乙烯的心脏—— 裂解炉，而保证裂解炉辐射炉管的焊接质量尤为重要。

在以往的30万t/年乙烯裂解炉辐射炉管材质一般为Cr25Ni35，焊接工艺较容易掌握，且工艺较成熟。但是，生产中发现该种材质的炉管抗氧化、抗渗碳等性能较差，使用寿命不长。为了提高炉管的使用寿命，在后来的套70万t/年乙烯裂解炉中，逐步采用Cr25Ni35的高铬镍合金离心铸造管来代替最初的Cr25Ni35材料。如KHR45A材料就是应用于裂解炉辐射炉管的一种。

1 KHR45A材料焊接性能分析

KHR45A材料是江苏标新久保田工业有限公司开发的耐高温、抗氧化、抗渗碳的特种合金，其牌号为Cr35Ni45Si2，富含多种微合金：Nb，Al，Ti，Zr等，母材化学成分详见表1，力学性能见表2。

KHR45A材料用于裂解炉辐射炉管时，工作温度为1100℃，工作压力为1.2MPa，工作介质主要为裂解汽油和饱和蒸汽。由此不难看出，该种材料焊接时应主要考虑焊缝的高温耐热强度。从表1可以看出，该种材料化学成分中C，Ni含量较高，主要是为了提高材料的耐高温性能。另外，该种材料Si含量也较高，主要是提高材料的抗氧化性能，同时在焊接过程中KH可以起到一定润湿焊缝熔融金属的作用。

但是，KHR45A材料中所含的Si，Al，Ti，Zr等元素也都不同程度地降低了该材料的焊接性能。因此，KHR45A材料焊接时主要存在以下3方面问题：

（1） 焊接热裂纹KHR45A为高Ni奥氏体耐热钢，w（Ni）可达45%。施工中若焊接工艺采用不当，极易在焊缝及近缝区产生热裂纹等缺陷，特别是在焊缝返修中，在焊缝热影响区内母材更易出现热裂纹等缺陷。常见的主要缺陷为焊缝凝固裂纹。产生热裂纹的原因主要是：①该材料的热导率小、热膨胀系数大，在焊接局部加热和冷却的条件下，焊接接头在冷却过程中可形成较大的拉应力，这是产生凝固裂纹的主要原因；②该材料易形成方向性强的柱状晶焊缝组织，有利于S，P等有害杂质的偏析而促使形成晶间液态夹层，从而易促使产生焊缝凝固裂纹；③所含的Si，Al，Ti，Zr等合金元素因溶解度有限，也能形成有害的易熔夹层，从而使接头中出现热裂纹。

（2）化学成分偏析由于KHR45A材料中C含量和合金元素含量都较高，因此，液-固相区间较大，偏析也严重。C含量越高，焊缝熔融金属在进行初生相转变时，很容易析出S，P杂质，且富集于晶界，增加裂纹倾向。Si含量的增加，使焊接时易形成硅酸盐夹杂，造成晶间偏析，从而加大凝固裂纹的产生。

（3）Y形管坡口裂纹KHR45A材料炉管有两种生产工艺，一是离心铸造辐射炉管，二是静态铸造Y形管。在离心铸造条件下，由于离心力的存在，可以保证许多杂质无法熔进材料本身，这样材料成分含杂质相对较少，不易出现夹层、重皮等问题。而在静态铸造生产工艺下，由于所含杂质较多，所以Y形管材料夹层、重皮等较严重，焊接坡口或母材本身极易产生微小裂纹，如果在焊前不进行严格检验并彻底清除母材缺陷，会给焊接生产带来很大危害。

因此，KHR45A材料的焊接必须制定合理的焊接工艺，尽量减少二次返修、补焊，防止焊接热裂纹的产生和Y形管配件裂纹的存在，保证焊接质量。

2 KHR45A材料焊接工艺

2.1 焊接方法

为了尽量避免KHR45A焊接过程中出现热裂纹，焊接时应尽量采用热输入相对集中且较小的焊接工艺，并控制道间温度不能过高，所以焊接方法宜采用钨极氩弧焊或熔化极氩弧焊。根据施工现场的实际情况，决定采用手工钨极氩弧焊的焊接方法。

2.2 焊接材料选用

选用正确、合适的焊接材料，是完成焊接生产任务的首要条件。尤其是在特殊钢种的焊接施工中，正确选用焊接材料尤为重要。KHR45A材料焊接时，焊材必须采用与母材相当牌号的焊丝，且焊丝的合金元素含量（包括微合金量）应与母材相当，以保证焊材与母材有同一熔点、同一结晶温度、同一热胀（收缩）率等，从而避免在焊接中出现焊肉挂不住、焊缝出现裂纹等缺陷。同时，为了保证焊缝的高温力学性能，焊材的C含量应与母材相当。目前常用的镍基焊材（如ERNiCr-3）C含量偏低，不能满足辐射炉管的工况条件。因此，选用了久保田公司开发的与KHR45A材料相匹配的45A焊丝（φ2.4mm），该种焊丝可与母材化学成分相匹配，且能保证焊缝高温力学性能，从而保证焊接质量。

2.3 焊接工艺制定

从KHR45A材料的焊接性分析中知道，该种材料焊接过程中主要存在3个方面的问题，因此，在制定焊接工艺时必须重点考虑如何来解决这些问题。

首先是焊接热裂纹。要解决这一问题，一是严格限制有害杂质，尽量采用同质填充金属进行焊接。同时应在焊缝组对前彻底清理坡口，必要时可采用丙酮进行坡口清洗工作，以防油污、杂质等熔进焊缝金属，引起热裂纹。二是通过选择合适的焊接材料，适当调整焊缝合金成分，尽可能避免形成单相奥氏体组织。三是应尽量减小焊缝的过热，避免形成粗大柱状晶。焊接时应采用小的热输入和小截面焊道，采用多层多道焊接，严格控制道间温度在100℃以下，以防焊缝及热影响区晶间组织过分增大，造成焊接接头高温韧性下降。

其次是化学成分偏析问题。引起这方面问题的原因除了KHR45A材料中C含量高外，另一个原因就是为了提高KHR45A材料的抗氧化性能，在材料中加入较多量的Si元素(w(Si)高达1.8%左右)，由于Si含量的提高使焊接时极易造成化学成分偏析，从而产生焊接热裂纹。解决问题的措施主要是采取合理的焊接工艺，控制焊接热输入量，同时应提高焊接一次合格率，减少返修，避免焊缝金属二次过热，从而降低焊缝化学成分的偏析程度。在焊接施工中，对于需要返修的焊缝，必须首先确定缺陷位置，清除缺陷时要尽可能减小开口面积。开口面积越大，补焊热影响区越大，产生热裂纹的倾向就越大，反之亦然。补焊缺陷开坡口时应采用细焊丝、小电流、多层焊。

第三就是避免Y形管母材本身的微裂纹。应尽量采用机加工坡口，避免火焰切割时母材受热产生缺陷。组对焊接前，必须对坡口进行认真清理，并进行严格的外观和着色渗透检查，坡口表面不得有裂纹、夹渣、分层等缺陷。初层焊后，应再次进行着色渗透检查，确保焊接质量。其它焊层之间应进行目视检查，认真清理层间焊道。焊接完成后，还应对焊缝表面及热影响区附近进行着色渗透检查，确保无裂纹等缺陷。

2.4焊接工艺评定

根据选择好的焊接材料和制定的焊接工艺，编制焊接工艺评定指导书，指导焊接工艺评定的进行。

2.4.1评定标准

焊接工艺评定所依据的标准为SH J509--1988《石油化工工程焊接工艺评定》。

2.4.2评定材料

2.4.2.1 母材

用于焊接工艺评定的KHR45A母材规格为Φ120.8mmX6.4mm的离心铸造管，化学成分见表3，力学性能见表4。

2.4.2.2 焊材

评定所用焊材为45A焊丝，规格为φ2.4mm，金属化学成分见表5。

2.4.3 焊接接头

接头形式对接接头，V形坡口，焊接位置为垂直固定。接头简图见图1。

2.4.4 保护气体

保护气体为氩气，气体流量正面为10~12 L/min，背面为15~25 L/min。

2.4.5 焊接工艺参数

直流正极，选用铈钨极，φ2.5mm。道间温度控制在100℃以下。焊接工艺参数见表6。

2.4.6 无损检验

对坡口、打底层、盖面层焊缝进行着色渗透检查，合格，对焊缝进行射线透照检查，合格。

2.4.7 拉伸试验

2.4.7.1 根据评定标准截取19.96mm×4.36mm试样进行常温拉伸试验，在熔合线部位断裂，σb=575MPa。
2.4.7.2 另截取规格为6.4mm×10mm试样，在1075℃下进行高温拉伸试验，断裂部位为母材，σb=81MPa。

2.4.8 金相检验

母材：奥氏体基体，枝晶分布碳化物，σ相。热影响区：奥氏体基体，枝晶分布碳化物，σ相。焊缝：奥氏体基体，等轴网状或长条网状碳化物。

3 焊接实际生产应用

2001年，在上海石化70万t年乙烯改造E-BA-2101裂解炉施工中，针对KHR45A辐射炉管现场焊接施工的特点，制定了正确的焊接工艺，并根据合格焊接工艺评定来编制详细的炉管焊接作业指导书，用以指导焊接生产。同时，结合该钢种容易产生的焊接缺陷，专门组织焊工进行了有针对性的焊接操作技能培训，并经考试合格后再上岗操作。另外，进行炉管焊接时，周围筑炉、衬里的施工全部停止，以防止衬里材料的飞屑、杂质等影响焊接质量，为炉管焊接提供一个良好的焊接环境。

在焊接生产当中，焊接工艺参数可以适当调整为： 电流80~110A，电压10~12V，焊接速度8~15cm/min。除应严格执行该合格焊接工艺外，以下几个方面还应引起高度重视：

（1）焊缝组对时要调整好接口位置，必须保证内壁错边量不大于0.5mm。
（2）打底层焊接时，背面应充氩保护，并严格控制氩气流量。一般开始充氩时，氩气流量适当增大，以确保炉管内空气完全排出；焊接时氩气流量应适当降低，以避免焊缝背面成形因氩气的吹托出现凹陷。
（3）焊接过程中，采用多层多道焊接，每层焊后应派专人用测温计进行温度测量，严格控制道间温度在100℃以下（最好控制在60~70℃）。
（4）应安排焊接水平高、责任心强的焊工进行Cr35Ni45材质的焊接作业，尽量减少焊缝返修。

通过采取以上的焊接工艺和施工控制措施，取得了裂解炉辐射炉管一次焊接合格率100%的好成绩。

4 结 论

只要在焊接生产中选用正确的焊接材料，采用合理的焊接工艺，严格控制焊接过程，尽量减少二次返修、补焊，KHR45A高铬镍材料离心铸造炉管的焊接热裂纹问题是完全可以解决的。 (end)

⑻ 毕业设计关于生物质气化炉的焦油问题或催化剂问题可以从哪些课题着手做

可参考下这篇文章：
焦油裂解催化剂的特点及选择：
http://www.qhllt.com/htm_data/2/0902/47.html

站内还有些焦油方面的文章

⑼ 裂解炉运行为什么要烧焦

裂解炉的是石脑油在高温下，毫秒通过炉子，然后发生烃类的裂解反应，从而得到氢气、甲烷、乙烯、丙烯、丁二烯等产品。在这个过程中，不可避免的有结焦反应出现，就是烃类物质反应生成了碳和氢气。而焦炭会在炉管内壁结焦。
结焦到一定程度，如果不清除的话，会增大炉管的传热热阻，如果想达到同样的裂解效果，必然会增加燃料的消耗，增加燃料的同时，意味着炉管外壁热强度变大，管壁温度升高，长期下去，会发生炉管泄露等事故。因此必须清焦。
实际一般是在程序控制下，用水蒸气配入一定量的空气或者氧气，来达到除焦的。