PL179995B1 - Sposób regeneracji własności użytkowych kolektorów podpiecowych - Google Patents

Abstract

1. Sposób regeneracji własności użytkowych kolektorów podpiecowych obejmujący etap obróbki cieplnej, znamienny tym, że całykolektorlubjego część nagrzewa się od temperatury 773 K - 923 K z szybkością nie większą niż 5 K/min. do temperatury nie wyższej niż 1570 K i wytrzymuje się w tej temperaturze przez okres co najmniej 0,5 min., po czym kolektor przemieszcza się do temperatury otoczenia i chłodzi się w tej temperaturze do 1173 K - 1223 K a następnie chłodzi się go przy użyciu regulowanego strumienia czynnika chłodzącego z szybkością nie mniejszą niż 1 K/godz. do temperatury 623 K - 673 K.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób regeneracji własności użytkowych kolektorów podpiecowych instalacji reformingu parowego, wykonanych ze stopów Fe-Ni-Cr, po ich wieloletniej pracy w instalacji produkcyjnej.

Kolektory zbiorcze gorące są ważnym elementem instalacji reformingu parowego. Są to walczaki o długości do 5000 mm i średnicy ponad 150 mm. Spełniają one ważną rolę w ciągu gazowym instalacji. Zamontowane są pod piecami rozkładczymi i w czasie pracy zbierają gaz rozkładczy z sekcji rur pieca przesyłając go do dalszego ciągu produkcji. Kolektory pracują w trudnych warunkach eksploatacyjnych z uwagi na :

- wysoką temperaturę przedmuchiwanej mieszanki gazowej (do 815°C),

- wysokątemperaturę powierzchni (740 - 770°C) i bezpośredni do niej dostęp powietrza,

- wysokie ciśnienie wewnętrzne (do 3,6 MPa),

- zmienne naprężenie cieplne i mechaniczne, szczególnie w strefie cokoletów (złączy spawanych z rurami doprowadzającymi),

- agresywnąmieszankę gazową składającą się z H2,H₂O,CO,CO2,CH^4 oraz związków siarki.

Kolektory zbudowane są ze stopów Fe-Ni-Cr o dużej zawartości Ni i Cr. W swojej konstrukcji posiadają one elementy odlewane oraz przerobione plastycznie.

Eksploatacja kolektorów w tak trudnych warunkach powoduje, że własności mechaniczne kolektorów ulegają niekorzystnym zmianom. W przypadku spadku własności prowadzi to do awarii, co przy dużej zawartości wodoru w gazie (do ok. 70%) grozi wybuchem. Kolektory po wieloletniej eksploatacji, nie przekraczającej 1)0.000 godzin, przeznaczano na złom zastępując zużyte nowymi. Dotychczasowa procedura eksploatacyjna, oparta o zalecenia producentów kolektorów opierała się o założenie, że maksymalny czas eksploatacji nie może przekroczyć 100.000 godz. pracy. Po tym okresie producenci zalecali wymianę wyeksploatowanych kolektorów na nowe, przeznaczając stare na złom.

Znane są wprawdzie metody regeneracji elementów urządzeń bądź instalacji produkcyjnych wykonanych ze stopów Fe-Ni-Cr ale ich zastosowanie do poprawy własności użytkowych kolektorów nie dało technicznie poprawnych rezultatów.

Z polskiego opisu patentowego nr 118 341 znanajest metoda regeneracji własności mechanicznych stopów typu Fe-Ni-Cr polegająca na tym, że stop najpierw poddaje się procesowi przesycania w temperaturze 1090 - 1700 K przez okres 5 min. do 750 godz., a następnie starzenia w temperaturze 720 -1170 K przez okres 5 min. do 950 godz., przy czym czas wygrzewaniajest od179 995 wrotnie proporcjonalny do wysokości temperatury. Druga odmiana znanego wynalazku to sposób regeneracji stopów przeznaczonych -do pracy w temperaturze powyżej 1700 K.

Sposób ten polega na tym, że stop poddaje się procesowi przesycania w temperaturze 1090 -1700 K przez okres od5 min. do 750 godz., przy czym czas wygrzewaniajest odwrotnie proporcjonalny do wysokości temperatury.

W odniesieniu do kolektorów podpiecowych, z uwagi na ich złożoną budowę, znany sposób regeneracji nie daje pozytywnych rezultatów a nawet w skrajnych przypadkach może doprowadzić do powstania niekorzystnych zmian.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu odnowienia własności użytkowych tzn. własności mechanicznych i spawalności cokoletów, kolektorów podpiecowych wykonanych ze stopów Fe-Ni-Cr po długoletniej eksploatacji w wysokiej temperaturze tak, aby było możliwe ich ponowne zastosowanie w instalacjach rozkładczych reformingu parowego w pełnym cyklu 7 do 9 lat pracy.

Zgodnie z wynalazkiem całe kolektory lub ich odcinki po wymontowaniu z instalacji produkcyjnej poddawane sąobróbce cieplnej w piecu o ruchomym trzonie. Nagrzewanie oraz obróbka cieplna odbywają się w czasie zaprogramowanego sterowania piecem. Pierwszym etapem obróbki jest nagrzewanie kolektorów od temperatury 773 K do 923 K z szybkością nie większą niż 5 K/min. do temperatury nie większej niż 1570 K i wytrzymanie w tej temperaturze co najmniej 0,5 min. Następnie kolektory wysuwane są z pieca na trzonie do temperatury otoczenia. W tej temperaturze następuje naturalny spadek temperatury kolektora do wysokości 1173-1223 K. W dalszej kolejności prowadzi się kontrolowane chłodzenie kolektora przy użyciu lancy z regulowanym przepływem czynnika chłodzącego, a chłodzenie poszczególnych części kolektora jest tak zaprogramowane aby ciepło odbierane było rónomiernie. Szybkość kontrolowanego schładzania jest nie mniejsza niż 1 K/godz. Proces ten prowadzi się do uzyskania temperatury 623 - 673 K.

Zastosowanie sposobu według wynalazku pozwala na przedłużenie o pełny cykl eksploatacyjny tj. 7 do 9 lat czas pracy kolektorów ponieważ umożliwia uzyskanie prawidłowych wymiarów geometrycznych tych elementów instalacji oraz odtworzenie własności mechanicznych wszystkich części kolektora w stopniu zapewniającym ich dalszą niezawodną eksploatację.

Przykład I. Odnowa własności użytkowych kolektorów gorących podpiecowych z instalacji reformingu parowego po ich 12 letniej pracy.

Korpus kolektora wykonany ze staliwa w gatunku G-10NiCrNb3220 poddano następującemu procesowi technologicznemu:

A - nagrzewa się kolektor wraz z piecem o wysuwanym trzonie od temperatury 773 K do temperatury 1473 K przez 6,2 godz., następnie wytrzymuje się w tej temperaturze przez 1,5 godz.

B - w dalszej kolejności wysuwa się z pieca trzon z kolektorem do temperatury otoczenia i w ciągu 9 min. uzyskuje się spadek temperatury do 1173 K.

C - następnie stosując specjalnie skonstruowane lance doprowadza się sprężone powietrze i przez kontrolowany nadmuch części środkowej schłodzono kolektor w ciągu 18 minut do temperatury 623 K.

W wyniku procesu uzyskano wymaganą geometrię korpusu zapewniającą bezawaryjną eksploatację kolektora.

Uzyskano następuj ące własności mechaniczne staliwa G-X10NiCrNb3220 w 20°C - tabeli 1.

Tabela 1

Stan	Własności mechaniczne
Ro,2 MPa	RmMPa	a5%
Przed regeneracją (po 12 latach eksploat.)	253	393	4,7
Po regeneracji	244	513	38
Wg.DIN 17006	175	440	30

179 995

Przykład II. Odnowa własności użytkowych kolektorów ze stopu plastycznego X10NiCrAlTi3220 poddanego następującemu procesowi technologicznemu:

A - nagrzewa się część kolektora wraz z piecem z wysuwanym trzonem od temperatury 793 K do temperatury 1453 K przez 5,5 godz. a następnie wytrzymuje się w tej temperaturze przez okres 0,5 godz.

B - w dalszej kolejności wysuwa się z pieca trzon z częścią kolektora do temperatury otoczenia i w ciągu 7 min uzyskuje się temperaturę 1173 K.

C - następnie stosując specjalnie skonstruowane lance doprowadza się sprężony azot (techniczny) i poprzez kontrolowany nadmuch schładza się kolektor w ciągu 15 minut do temperatury 623 K.

Uzyskano wymaganą geometrię części kolektora zapewniającą bezawaryjną eksploatację. Uzyskano następujące własności mechaniczne stopu X10NiCrAlTi3220 w 20°C (tabela 2).

Tabela 2

Stan	Własności mechaniczne
Ro,2 MPa	Rm MPa	A5 MPa
Przed regeneracją (po 12 latach eksploat.)	230	386	6,3
Po regeneracji	225	564	42
Wg.DIN 17006	170	450	30

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób regeneracji własności użytkowych kolektorów podpiecowych obejmujący etap obróbki cieplnej, znamienny tym, że cały kolektor lub jego część nagrzewa się od temperatury 773 K - 923 K z szybkościąnie większąniż 5 K/min. do temperatury nie wyższej niż 1570 K i wytrzymuje się w tej temperaturze przez okres co najmniej 0,5 min., po czym kolektor przemieszcza się do temperatury otoczenia i chłodzi się w tej temperaturze do 1173 K - 1223 K a następnie chłodzi się go przy użyciu regulowanego strumienia czynnika chłodzącego z szybkością nie mniejszą niż 1 K/godz. do temperatury 623 K - 673 K.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces nagrzewania prowadzi się w piecu o ruchomym trzonie.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że przepływ regulowanego strumienia czynnika chłodzącego jest tak zaprogramowany aby ciepło odbierane było równomiernie z poszczególnych części kolektora.

   * * *