Способ замены труб в риформинговой установке

(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ЛЭР ЛИКИД, СОСЬЕТЕ АНОНИМ ПУР ЛЭТЮД Э ЛЭКСПЛУАТАСЬОН ДЕ ПРОСЕДЕ ЖОРЖ КЛОД (FR) Объектом настоящего изобретения является способ замены труб в установке риформинга углеводородов с испарением углеводородов, в котором перед каждым запуском нового производственного цикла производят измерения расширения наружного диаметра труб при помощи рентгенограмм труб; реплики поверхности труб, и в котором трубу заменяют после того, как проверяют по меньшей мере одно из следующих условий: расширение ее диаметра D превышает 3%; ее рентгенограмма показывает по меньшей мере одну трещину; ее реплика показывает термическое старение и/или достаточное повреждение от ползучести. 014984 Настоящее изобретение относится к способу замены труб в печи установки риформинга с испарением углеводородов. В процессе риформинга углеводородов или других источников углерода и водорода, например биометанола, используют камеру сгорания, содержащую горелки и трубы, заполненные катализаторами и выполненные с возможностью прохождения через них смеси углеводородов и пара. Горелки располагают таким образом, чтобы передавать тепло, получаемое в результате их горения, в смесь углеводородов и пара через стенку труб, как правило, за счет излучения тепла пламени в сторону огнеупорных стенок камеры сгорания. Такой способ использует очень высокие температуры, как правило, от 950 до 1050C, близкие к пределу прочности металлических сплавов труб. Поэтому используют трубы, которые могут работать при высоких температурах, как правило, трубы из стали, содержащей порядка 25 мас.%Cr и 35 мас.% Ni, в случае необходимости, с добавлением элементов, таких как Nb, Ti, W, Co, Zr. Однако даже такие трубы из специальных сплавов со временем изнашиваются и могут разорваться. Разрыв трубы крайне отрицательно сказывается на применении процесса риформинга, так как требует незапланированной остановки процесса для замены трубы. Как правило, трубы выполняют таким образом, чтобы их срок службы в рабочем режиме составлял порядка 100000 ч при данной рабочей температуре, называемой проектной температурой (часто специалисты выражают этот срок службы в годах с округлением до 10 лет); однако работа при температуре, превышающей на 20C проектную температуру, сокращает вдвое срок службы труб, при этом на срок службы труб часто отрицательно влияют также фазы запуска,замена составов реакционных смесей. Поэтому имеет большое значение возможность предвидеть момент, когда труба может разорваться, чтобы спланировать ее замену во время фазы технического обслуживания печи, а не во время ее эксплуатации. Настоящее изобретение призвано предложить способ замены труб риформинговой печи, который позволяет избежать неожиданного разрыва этих труб во время эксплуатации печи. В этой связи объектом настоящего изобретения является способ замены труб в установке риформинга углеводородов или других источников углерода и водорода, в которой используют камеру сгорания, содержащую горелки и упомянутые трубы, при этом упомянутые трубы заполнены катализатором и выполнены с возможностью прохождения через них смеси углеводородов и пара, при этом срок использования каждой из упомянутых труб определяют начиная от первого использования в зависимости от их включения в упомянутую камеру сгорания, при этом горелки располагают таким образом, чтобы передавать тепло в смесь углеводородов и пара через стенку труб, в котором производят измерения расширения наружного диаметра труб D, где D = (Dt-D0)/D0100, при этом D0 является диаметром новой трубы, а Dt является диаметром трубы в момент измерения,рентгенограммы труб,реплики наружной поверхности труб,и в котором трубу заменяют, как только проверяют по меньшей мере одно из следующих условий: расширение ее диаметра D превышает 3%,ее рентгенограмма показывает по меньшей мере одну трещину,ее реплика показывает термическое старение, при котором между первичными выделениями наблюдается отсутствие вторичных выделений, и/или повреждение от ползучести, при котором наблюдают присутствие цепочек полостей и/или границы зерен. Способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет определить, необходимо ли заменить трубу на основании по меньшей мере трех типов измерения. Эти измерения осуществляют перед каждым запуском нового производственного цикла. Как правило, производственный цикл длится по меньшей мере 2 года. Обычно его остановку планируют заранее для обслуживания рабочей установки. Как правило, используемые трубы выполняют из сплава типа сплавов высокой чистоты HP. Согласно варианту способа он отличается тем, что заменяют любую трубу, срок эксплуатации которой равен по меньшей мере 5 годам. Срок эксплуатации трубы вычисляют начиная с момента, когда трубу включают в камеру сгорания. Поскольку процессы риформинга происходят в непрерывном режиме, за исключением технических остановок, время работы (или продолжительность эксплуатации) трубы соответствует сумме продолжительностей циклов, начиная с ее установки в камере сгорания; время, отводимое для технических остановок, независимо от того, запланированы они между двумя производственными циклами или являются незапланированными и связаны с неисправностями, составляет примерно несколько дней в год, и этим остановкам можно отводить по меньшей мере 5% общего рабочего времени, поэтому, как правило, ими можно пренебречь при оценке упомянутого срока эксплуатации трубы. Заблаговременная замена труб по сравнению со сроком службы, на который они рассчитаны (обычно 100000 ч) является мерой предосторожности, которая должна учитывать риск преждевременного старения, связанного с перегревом труб. Альтернативно можно применять дополнительные методы контроля за ходом процесса риформинга, которые позволяют лучше распознавать старение труб и в некоторых случаях обеспечивают более дли-1 014984 тельный срок их использования. Первый тип измерения касается расширения диаметра труб. Действительно, под действием тепла трубы расширяются. Расширение диаметра D выводят из измерения диаметра Dt по всей длине каждой трубы: значение Dt соответствует самому большому диаметру, отмеченному на этой длине в момент измерения. Это измерение производят на всех трубах камеры сгорания перед каждым запуском нового производственного цикла. Предпочтительно, если во время измерений каждой трубы трубы имеют расширение диаметра D в пределах от 2 до 3%, то, по меньшей мере, одну из упомянутых труб демонтируют для деструктивного анализа. Под деструктивным анализом следует понимать анализ, требующий разрушения трубы; например, речь идет о разрезании трубы на куски для производства микрографического анализа или о механической обработке образцов с целью выполнения тестов на ползучесть и растяжение. Вторым типом измерения, применяемым в способе в соответствии с настоящим изобретением, является рентгенограмма труб. Для труб риформинговой установки с боковым горением ("side-fired" на английском языке) эту рентгенограмму производят на уровне самого нижнего сварного шва, находящегося в самой горячей части риформинговой установки. Этот тип измерения производят перед запуском нового производственного цикла только на 5% всех труб камеры сгорания. Эти 5% труб выбирают из труб, подвергавшихся во время предыдущего производственного цикла действию самых высоких температур; выбор производят на основании измерений температур во время предыдущего производственного цикла. Затем в конце нового производственного цикла контролируют другие трубы, составляющие тоже 5% от всех труб, и согласно тому же критерию. Предпочтительно, если по результатам рентгенограммы необходимо заменить трубу, производят новую рентгенограмму для других 5% труб, прежде чем запустить новый производственный цикл. Третьим типом измерения, применяемым в способе в соответствии с настоящим изобретением, является выполнение реплик труб. Измерение по каждой реплике состоит в получении отпечатка металлической поверхности трубы и в его металлургическом контроле. Действительно, путем наблюдений было установлено, что металлургическое состояние поверхности является отражением металлургического состояния внутри трубы. Для труб риформинговой установки бокового горения измерение по каждой реплике осуществляют на части трубы, которая подвергается действию самых высоких температур во время производства; как правило, эта часть соответствует нижней трети. Перед тем, как сделать отпечаток, поверхность наружной стенки трубы препарируют путем полирования при помощи технологии, известной в области исследования металлографии сталей. Полирование производят до получения зеркальной поверхности. Затем полированную поверхность подвергают химическому травлению при помощи соответствующего реактива, например, такого как мраморный реактив следующего химического состава: 4 г сульфата меди, 20 мл концентрированной соляной кислоты и 20 мл деминерализованной воды. После подготовки поверхности трубы реплику, представляющую собой, например, ацетатную пленку, наклеивают на поверхность для получения микроструктуры трубы. После этого реплику анализируют отдельно с точки зрения термического старения и с точки зрения повреждения от ползучести ("creep damage"). Анализ повреждения от ползучести состоит в классификации поверхности по одному из следующих классов путем простого наблюдения через микроскоп: класс 0: новый материал, не подвергавшийся действию тепла,класс 1: материал в состоянии ползучести, не содержащий никаких полостей,класс 2a: материал в состоянии продвинутой ползучести, содержащий отдельные полости,класс 2b: материал в состоянии продвинутой ползучести, содержащий многочисленные полости без преимущественного направления,класс 3a: материал, поврежденный ползучестью, содержащий многочисленные ориентированные полости,класс 3b: очень поврежденный ползучестью материал, содержащий цепочки полостей и/или границы зерен,класс 4: повреждение продвинутой ползучестью с появлением микротрещин,класс 5: повреждение очень продвинутой ползучестью с появлением макротрещин. Этот тип классификации соответствует стандарту VGB-TW 507, описанному в VGB-TW 507: "Richtreihen zur Bewertung der Gefuegeausbildung und -schaedigung zeitstandbeanspruchter Werkstoffe vonHochdruckrohrleitungen und Kesselbauteilen. VGB Kraftwerkstechnik GmbH, Essen, 1992". На фиг. 1 показаны различные классы 2a-4 повреждения от ползучести: черные точки 1 соответствуют полостям, и на классе 4 наблюдается микротрещина 2. Согласно изобретению, если наблюдается повреждение от ползучести класса 3b и выше, труба подлежит замене. Анализ термического старения состоит в классификации поверхности по одному из следующих классов путем простого наблюдения через микроскоп: класс 0: материал не подвергался действию тепла и термическому старению; первичные эвтектические выделения имеют равномерный размер, отличаются четкими контурами вокруг ячеек кристаллиза-2 014984 ции, и аустенитная матрица не содержит вторичных выделений,класс 1: присутствие очень мелких вторичных выделений между первичными выделениями,класс 2: присутствие мелких вторичных выделений между первичными выделениями,класс 3: слабое присутствие крупных вторичных выделений между первичными выделениями и признаки коалесценции первичных выделений,класс 4: отсутствие вторичных выделений между первичными выделениями и присутствие крупных первичных выделений, стремящихся к агломерации,класс 5: отсутствие вторичных выделений между первичными выделениями и присутствие агломерированных крупных первичных выделений. Размер первичных эвтектических выделений превышает размер вторичных выделений. Первичные выделения появляются в результате плавки и кристаллизации сплава труб. Вторичные выделения являются более мелкими, чем первичные, и в сплаве отсутствуют: они появляются только во время воздействия тепла на сплав. Однако при значительном термическом старении вторичные выделения исчезают. На фиг. 2 показаны различные классы 0-5 термического старения. Согласно изобретению, если наблюдается термическое старение класса 4 или выше, труба подлежит замене. После этого замененные трубы подвергают деструктивному анализу таким образом, чтобы проконтролировать их повреждения и уточнить общий метод контроля труб для принятия решения об их замене. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ замены труб в установке риформинга углеводородов или других источников углерода и водорода, в которой используют камеру сгорания, содержащую горелки и упомянутые трубы, при этом упомянутые трубы заполнены катализатором и выполнены с возможностью прохождения через них смеси углеводородов и пара, при этом срок использования каждой из упомянутых труб определяют, начиная от первого использования в зависимости от их включения в упомянутую камеру сгорания, при этом горелки располагают таким образом, чтобы передавать тепло при их горении в смесь углеводородов и пара через стенку труб, отличающийся тем, что перед каждым запуском нового производственного цикла производят измерения расширения наружного диаметра труб D, где D = (Dt-D0)/D0100, при этом D0 является диаметром новой трубы, а Dt является диаметром трубы в момент измерения,рентгенограммы труб,реплики поверхности труб,и тем, что трубу заменяют, после того как она начинает соответствовать по меньшей мере одному из следующих условий: расширение ее диаметра D превышает 3%,ее рентгенограмма показывает по меньшей мере одну трещину,ее реплика показывает термическое старение, при котором среди первичных выделений наблюдается отсутствие вторичных выделений, и/или повреждение от ползучести, при котором наблюдают присутствие цепочек полостей и/или границы зерен. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что заменяют любую трубу, срок эксплуатации которой равен по меньшей мере 5 годам. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что измеряют расширение диаметра D каждой трубы камеры сгорания. 4. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что измеряют расширение диаметра D по всей длине каждой трубы. 5. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что, если трубы имеют расширение диаметра D в пределах от 2 до 3%, по меньшей мере одну из упомянутых труб демонтируют для деструктивного анализа. 6. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что для труб риформинговой установки с боковым горением производят рентгенограмму трубы на уровне самого нижнего сварного шва в самой горячей части риформинговой установки. 7. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что производят рентгенограмму 5% всех труб. 8. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что, если по результатам рентгенограммы трубу заменяют, то опять производят рентгенограмму 5% других труб перед запуском нового производственного цикла. 9. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что производят реплику трубы на части трубы, подвергающейся самым высоким температурам во время производства. 10. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что производят реплику 5%-3 014984 всех труб. 11. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что если по результатам реплики трубу заменяют, то опять производят реплику 5% других труб перед запуском нового производственного цикла.