谢龙

（中海油石化工程有限公司，山东 青岛 266101）

目前炼油厂加氢过程主要有加氢精制和加氢裂化两种流程，加氢反应的介质通常由加热炉加热至反应温度，即加氢反应加热炉。目前，大多数加氢工艺都采用炉前混氢的工艺流程，使得炉管处在高温、高压、临氢状态下直接见火操作的苛刻环境[1]。本文主要从设计角度对加氢炉炉管设计问题进行探讨，为设计人员在设计该类加热炉炉管时提供参考。

1 炉管设计选材

炉管是加热炉系统设备中最重要的组成部分，也是设计过程中重中之重。在加热炉炉管设计过程中重点考虑三个要素：炉管最高管壁金属温度，炉管工作的最高压力，炉管内外部介质的腐蚀情况[2]。

1.1 材料选择

按照上文提到的选材要素，加氢炉炉管最苛刻的操作条件一般是压力18～20MPa，管壁温度500℃左右[3]，同时炉前混氢的加氢炉存在H2+H2S的腐蚀，该腐蚀反应属于可逆反应，反应如下：

显然由于上式的可逆腐蚀反应，炉管须有良好的抗腐蚀能力。查询相关材质的年腐蚀速率，炉前混氢的加氢炉炉管只能选择18Cr-8Ni型奥氏体不锈钢。

对于造价昂贵的加氢炉炉管，设计中除了考虑加热炉运行中腐蚀外，还要考虑停工检修期间炉管的腐蚀因素。因为装置生产周期内H2+H2S腐蚀炉管生成硫化亚铁。硫化亚铁不稳定，在装置检修期间继续与水和氧接触，反应生成连多硫酸，反应如下：

加氢炉停工期间炉管依然存在拉伸应力，连多硫酸和拉伸应力共同存在下，炉管出现连多硫酸应力腐蚀开裂现象，连多硫酸腐蚀既有穿晶腐蚀，又有晶间腐蚀[3]。

提高18Cr-8Ni型奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力理论上有两种措施：一是选择低碳不锈钢，通过降低碳含量措施减少或避免碳铬化合物的析出，但是低碳不锈钢存在高温强度低的缺点，对于操作温度、操作压力高的加氢炉炉管，无法满足使用要求。二是在不锈钢中加入稳定化元素Ti或Nb，微量元素Ti和Nb与C的结合能力强，生成稳定化合物TiC、NbC，有效避免了Cr23C6化合物的生成和贫铬带的出现，使炉管避免晶间腐蚀[4]。

综合考虑加氢炉炉管的操作温度、操作压力和介质腐蚀工况，炉管只能用321、347型不锈钢炉管。

1.2 炉管执行标准

加氢炉炉管一般要求使用电炉法加炉外精炼的炼钢方法，炉管为热轧或热挤压成型的无缝钢管，这就对钢材冶炼技术及后续的加工制造水平提出了要求。早些年，受国内炼钢技术整体水平的限制，加氢炉管都是按照ASTM标准进口炉管产品。现在，国内的炼钢水平飞速发展，已经具备相当能力的自主生产能力，包括按照国内标准生产和ASTM标准生产。使得建设单位和设计人员选择范围更宽。

然而考虑加氢炉炉管的具体操作工况，建议高压加氢炉炉管首选进口产品，执行美标标准，ASTM A 213和ASTM A 213；对于操作压力较低的加氢炉炉管可选择国内生产的炉管，但一般都要求执行ASTM标准生产。

2 炉管设计技术要求

钢管的生产标准规范中规定了一般的技术指标要求，为保证加氢炉炉管安全可靠，设计中还应在设计文件中明确补充技术要求，如产品化学成分、机械性能、炉管热处理、检查和试验等。

2.1 化学成分

为满足炉管的使用性能要求，加氢炉炉管的化学成分应满足表1的要求。

表1 321、347炉管的化学成分

炉管生产厂家应对所生产炉管进行化学成分分析，并提供相关报告。建设单位或采购单位最好按照一定的比例对炉管进行复检，确保化学成分合格。

2.2 机械性能

加氢炉炉管的机械性能除符合标准规范的规定外，拉伸性能应满足表2的要求。

表2 321、347炉管的机械性能

由上表可知，347炉管的高温屈服强度大于321炉管。因此设计中高压加氢炉（操作压力≥10MPa）一般选择347炉管，而中低压加氢炉（操作压力＜10MPa）选择321炉管，主要是为了减小高压加氢炉炉管壁厚，降低工程造价。

2.3 炉管热处理

加氢炉炉管为了得到良好的金相组织，炉管需要按表3要求进行固溶热处理。

表3 321、347炉管固溶热处理

由于加氢炉炉管长期处于敏化温度区（450～900℃），固溶处理得到的碳化物又会出现析出来的现象。因此，炉管还应进行稳定化热处理，建议稳定化热处理温度为890～930℃，均温时间2～4小时。

2.4 炉管检查和试验

对加氢炉321、347型炉管，应逐根炉管100%横向和纵向超声波检测，标准试块参考槽深度为壁厚的5%且不超过1mm；所有炉管需进行100%涡流检测，标准试块参考槽深度为壁厚的5%且不超过1mm，槽的形状为纵向矩形槽。

炉管应进行晶粒度测试，测试时按炉批号取样，取样位置位于钢管截面的壁厚中央部位，要求炉管晶粒度为4～7级。

对每根炉管首尾两端部进行硬度检查，布什硬度值不超过192HB。

以上检查和试验必须全部合格，并要出具检查、检验报告。对于无损检测等对检测单位和人员有资质要求的检验项目，必须由有资质的人员检测完成。

3 结论

综上所述，加氢炉炉管设计应选择321、347型不锈钢炉管，并且设计中应在设计图纸或请购文件中明确炉管的技术要求。设计阶段的严格要求是避免炉管发生事故和长周期安全稳定运行的前提。