Cracking dei tubi nei forni di pirolisi: materiali, modalità di guasto, consigli per l'acquisto

Una lamentela comune sugli spostamenti delle unità di etilene è la stessa: il forno brucia più intensamente ogni settimana, la temperatura di uscita della bobina varia e il pirometro a radiazione mostra punti luminosi su una gamba della bobina. Il solito colpevole è il tubo che si rompe, non il bruciatore. Capire perché i tubi da cracking si degradano, quali materiali offrono le migliori prestazioni e come specificare tubi di qualità è il modo più rapido per proteggere la disponibilità del forno.

Cos'è un tubo che si rompe?

Un tubo di cracking è il tubo di reazione all'interno di un forno di cracking a vapore. L'alimentazione di idrocarburi (etano, propano, nafta o gasolio) viene miscelata con il vapore di diluizione e passa attraverso il tubo mentre i bruciatori esterni lo riscaldano. Il gas di processo raggiunge i 750–950 °C per un breve tempo di permanenza, solitamente 0,1–0,5 secondi, e il calore scompone le molecole più grandi in etilene, propilene e altre olefine.

Il tubo deve svolgere più lavori contemporaneamente. Contiene un gas caldo ad alta pressione, trasferisce il calore radiante nel flusso di processo, resiste alla carburazione dello strato di carbonio e coke e sostiene il proprio peso a temperature superiori a 1000 °C in punti localizzati. Di conseguenza, la maggior parte dei tubi da cracking sono di acciaio altolegato mediante fusione centrifuga. Le famiglie più comuni sono i gradi 25Cr-35Ni-Nb e i gradi HP45 modificati, con aggiunte di microleghe progettate per migliorare la resistenza al creep e alla carburazione.

La vita operativa di un tubo di cracking è controllata dall'interazione tra materiale, progettazione del forno e condizioni di processo. La geometria della bobina è importante quanto la chimica della lega. Se stai sostituendo un pacchetto esistente, il file serpentina radiante a tubo cracking è il componente che deve essere revisionato per primo.

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Perché i tubi da cracking si guastano prima della loro durata prevista

Il ritiro della metropolitana raramente avviene come una rottura inaspettata. Inizia con una lenta perdita di prestazioni. Sulla parete interna si accumula coke, la sezione trasversale effettiva si restringe, la caduta di pressione aumenta e la temperatura del metallo del tubo aumenta. Ogni ulteriore grado di temperatura del metallo riduce la durata dello scorrimento viscoso. Quando gli operatori estendono una campagna per evitare un arresto, il tubo si avvicina al guasto.

La tabella seguente riassume i quattro meccanismi che dominano la degradazione dei tubi da cracking.

Nel funzionamento reale, questi meccanismi agiscono insieme. Il materiale carburato perde duttilità, il che lo rende più sensibile alla fatica termica. Una piccola area di incidenza della fiamma aumenta la temperatura locale del metallo, accelerando sia lo scorrimento viscoso che l'ossidazione. La tendenza è visibile se si tiene traccia della temperatura della parete e della caduta di pressione.

Come valutare la qualità del tubo da fessurazione prima dell'acquisto

La qualità viene determinata prima che il tubo entri nel forno. La pratica della fonderia controlla la chimica, la struttura dei grani, la solidità interna e la consistenza dello spessore delle pareti. Una bobina economica con un numero di disegno simile può sembrare identica sulla carta e comunque guastarsi prima a causa della porosità, di un trattamento termico errato o di una saldatura debole.

Utilizza questi punti di controllo come una lista di controllo:

• Certificato di composizione chimica con carbonio, cromo, nichel, niobio ed elementi residui.
• Parametri di colata centrifuga come velocità dello stampo e temperatura di colata.
• Risultati della curva di solubilizzazione e della durezza dopo il trattamento termico.
• Registrazioni di test non distruttivi: ispezione a raggi X, ultrasonica o penetrante.
• Rapporto dimensionale relativo a spessore della parete, ovalità, allineamento del giunto di saldatura e superficie del foro.

La tabella ad anello qui sotto mostra una ponderazione pratica dei fattori di qualità quando si acquistano tubi da cracking.

Chiedere al fornitore lo stesso livello di prova che fornirebbe a una squadra di ispezione di una raffineria. Se l'acquisto fa parte di un progetto più ampio, le specifiche del tubo devono essere in linea con il design del forno. Ecco perché un completo forno di cracking dell'etilene il pacchetto è spesso più facile da controllare rispetto all'acquisto di tubi separatamente.

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Integrazione del progetto e prestazioni a livello di forno

Il tubo e il forno non possono essere ottimizzati separatamente. Una serpentina radiante progettata per temperature di uscita elevate può creare punti caldi locali se la disposizione del bruciatore spinge la fiamma vicino alla superficie del tubo. Al contrario, un design conservativo del forno con un basso flusso di calore può proteggere la metallurgia del tubo ed estendere la lunghezza del ciclo.

I parametri di progettazione chiave da rivedere includono:

• Profilo del flusso termico lungo la lunghezza del tubo.
• Tempo di permanenza e temperatura di uscita target.
• Rapporto vapore/idrocarburi e velocità di cokefazione prevista.
• Intervallo di decocking e disposizione della bobina per un flusso uniforme.

Quando l'ingegneria e la produzione sono gestite da un unico team, le decisioni tecniche possono essere ricondotte all'effettivo percorso di fusione e fabbricazione. Tuopu Industry progetta riscaldatori a combustione e produce anche tubi di colata centrifuga, serpentine radianti, sezioni di convezione e componenti di forni. Il suo centro per attrezzature pesanti e la banchina dedicata roll-on/roll-off consentono la spedizione dei moduli del forno completati senza i vincoli di trasporto che causano lunghi ritardi.

Domande sull'approvvigionamento che fanno risparmiare tempo

Inizia la valutazione prima di scrivere la richiesta. Più specifica è la domanda, più facile sarà distinguere un fornitore affidabile di tubi da un rivenditore. Un fornitore che comprende le condizioni del processo ti fornirà una raccomandazione materiale, non solo un preventivo.

Domande da porre prima di ordinare tubi cracking

1. Quali aggiunte di lega e microleghe consigliate per questa materia prima?
2. Vengono forniti dati misurati sulla rottura da scorrimento viscoso e prove di test di carburazione?
3. Quale tolleranza sullo spessore della parete e limite di ovalizzazione è garantita alla batteria radiante?
4. Quale procedura di saldatura e trattamento termico post-saldatura vengono utilizzati sui gruppi di bobine?
5. I vostri tubi hanno completato più di 40.000 ore in un forno per etilene simile?

Il contratto commerciale dovrebbe coprire anche la documentazione, l'ispezione e la logistica dei componenti di grandi dimensioni. Poiché Tuopu Industry gestisce la propria base di produzione e il proprio bacino, può gestire moduli di forni di grandi dimensioni senza fare affidamento su più subappaltatori. Se desideri rivedere il progetto di una bobina o la scheda tecnica del materiale, utilizza quella dell'azienda pagina dei contatti per raggiungere il team di ingegneri.

Domande frequenti

Di cosa è fatto un tubo da cracking?

La maggior parte dei tubi da cracking sono in acciaio inossidabile austenitico mediante fusione centrifuga con un elevato contenuto di cromo e nichel. Le qualità 25Cr-35Ni-Nb e le qualità HP45 modificate sono comuni perché offrono una forte resistenza allo scorrimento viscoso e una migliore resistenza alla carburazione rispetto ai materiali meno legati.

Quanto dovrebbe durare un tubo di cracking?

Con un buon funzionamento del forno, i tubi da cracking durano spesso dalle 50.000 alle 100.000 ore di funzionamento. La durata dipende dalla temperatura del tubo metallico, dal tipo di alimentazione, dalla frequenza di decoking e dall'allineamento del bruciatore. Sostituire i tubi prima che il danno da creep diventi avanzato è solitamente più economico che ripararli dopo il guasto.

È possibile riparare un tubo danneggiato?

È possibile effettuare riparazioni locali tramite saldatura in caso di lievi danni esterni. Le sezioni soggette a scorrimento o fortemente carburate dovrebbero essere rimosse e sostituite anziché riparate poiché il materiale circostante potrebbe già essere infragilito e non in grado di sostenere il carico in modo affidabile.

In cosa differisce un tubo di cracking da un tubo di reforming?

I tubi di cracking operano negli impianti di olefine e nell'alimentazione di idrocarburi di cracking. I tubi del reformer funzionano nei reformer a vapore per produrre idrogeno, gas di sintesi o metanolo. Le leghe sono simili in linea di principio, ma i gas di processo, i meccanismi di cokefazione e i calcoli di progettazione dettagliati sono diversi. Questo articolo riguarda lo scopo del reformer a vapore spiega la tecnologia adiacente.