[實用新型]提高高溫集合爐管可靠性的安全結構

有效

• 申請號: 201921980040.1
• 申請日: 2019-11-16
• 公開（公告）號: CN210944856U
• 公開（公告）日: 2020-07-07
• 發明（設計）人: 蔣修民;杜永智;何可禹;吳拴強;張輝;劉云秀
• 申請（專利權）人: 中化泉州石化有限公司
• 主分類號: C01B3/02
• 分類號: C01B3/02;F27D21/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 吳志龍;蔡學俊

本實用新型提供一種提高高溫集合爐管可靠性的安全結構，包括支管臺及集合管母管，支管臺包括柱狀管體，柱狀管體的下部外沿延伸有翻邊，集合管母管留有與支管臺焊接的開孔，所述翻邊與開孔外周焊接連接，翻邊與開孔外周焊接焊縫的外側表面及內側表面均為V型，本實用新型結構簡單，利用翻邊結構能夠使支管臺包含了母管部分結構，再將支管臺與母管連接，相比于轉油線整體鍛造的方案，具有可行性，成本更低的特點，支管臺焊縫和熱影響區遠離開孔應力最大部位，并且補強金屬集中于開孔應力最大部位，有效地降低應力集中系數；新支管臺與母管連接為普通對接焊縫，焊接難度小、焊接質量容易保證。

技術領域

本專利涉及石油化工領域，具體涉及一種提高高溫集合爐管可靠性的安全結構。

背景技術

轉化爐是制氫裝置的核心設備，轉化爐入口管路包括原料氣入口集合管及轉油線等，起到輸送原料氣并分配到爐管中的作用，如圖1所示，原支管臺為常見的馬鞍形支管臺100，放置于入口集合管母管101開口處上方，支管臺下部坡口與入口集合管母管外壁用角焊縫進行連接。

而隨著科技和生產力的進步，石油煉制和化工行業規模也在不斷增大，特別是隨著新能源、環保的要求，對氫氣的產能也在日益擴大。而制氫裝置轉化爐入口集合管大型化后，管徑尺寸大大增加，采用上述轉化爐管路焊接結構方式在制氫裝置入口集合管支管臺常常出現開裂情況，導致入口集合管母管安全可靠性大大降低。轉化爐大型化后對入口管路造成的影響包括以下方面：

1．大型化后，操作溫度提高，對材料的性能提出了更高的要求，一般采用TP321、TP347系列奧氏體不銹鋼，但是該系列不銹鋼特別是TP347H國內使用應用時間并不長，特別是厚壁管道制造、焊接方面經常出現問題；

2．大型化后，入口管路口徑及壁厚增大，管線柔性減小，吸收溫差造成的管線熱膨脹的性能變差；

3．大型化后，管壁厚度增大，內外壁溫度梯度造成的內外壁熱膨脹速度不同，收到的內熱應力增大；

4．大型化后，管件制造難度加大，制造質量難以保證；

以國內運行最大制氫裝置為例，14萬標m3/h制氫裝置原料氣入口集合管操作溫度620℃，操作壓力3.0MPa，入口集合管母管及支管材質均為TP347H（奧氏體不銹鋼）；運行過程中發生過多次轉油線主管焊縫裂紋，及支管臺焊縫裂紋。主要問題如下：

（1）主管線開口處最大應力區域與分支管支管臺焊縫及熱影響區基本重合，焊縫承受較大應力，容易導致開裂。

（2）如圖2所示，支管臺放置在母管上方，與母管表面形成夾角，只能采用角焊縫填充。而焊縫四周角度不同，軸向側焊接接頭102最大角度30°，徑向側焊接接頭103最大角度45°，不能連續施焊。焊接過程中無故增加引弧收弧，定位性差、不易操作、焊接應力大，焊接質量難以保證。

（3）而角焊縫本身承載力較差，焊縫需要全焊透情況下才能保證達到預期的力學性能，力學性能難以保證。

（4）由于角焊縫本身性質，無法進行超聲波、射線等無損探傷手段，焊接質量難以檢驗。

（5）支管臺以堆焊填充的角焊縫由于焊縫截面積大，各方向焊縫角度不同，造成焊接接頭厚度不同，焊縫本身拘束應力極大，受力不均勻。

集合管主管線設計厚度55mm，轉油線設計厚度42mm，在開停工過程因為受金屬傳熱速率影響，管路內外壁存在溫差，產生溫度梯度后，不同的熱膨脹量導致內應力。經過計算當內外溫差達到一定溫度時，由于內外溫差造成的內應力也會導致管線開裂。

發明內容

本實用新型對上述問題進行了改進，即本實用新型要解決的技術問題是現有石化油化工行業制氫裝置，轉化爐入口集合管支管臺位置經常開裂、運行可靠性差、安全風險高等問題。