制氢转化炉炉管长期服役后损伤评价.pdfVIP

1999 年 1 月 JOU RNAL O F NAN J IN G UN IV ER S IT Y O F CH EM ICAL T ECHNOLO GY Jan. 1999 制氢转化炉炉管长期服役后损伤评价 巩建鸣　涂善东　陈嘉南 (南京化工大学机械工程系, 南京, 210009) 徐　平　潘文越　郭建文 (金陵石化公司南京炼油厂, 南京, 210037) 摘　要　针对已服役 10 a 的制氢转化炉炉管, 分析了炉管沿轴线的损伤状况。结合剩余寿命, 对炉管的损伤程度进 行了分级, 得到了整根炉管各部位的损伤级别以及沿炉管纵向的损伤分布。结果表明炉管的累积损伤具有局部性, 下部高温段的焊缝损伤较母材严重。因此, 对于达到服役寿命的炉管, 通过损伤分析, 可局部更换下部炉管。 关键词　制氢转化炉　H K 40　蠕变　焊接接头　损伤　微观组织　延寿 中图分类号　O 34612 　　制氢转化炉炉管是完成烃类蒸汽转化制氢的关 便于现场施焊, 无需进行焊后热处理。整根炉管通常 键部件。根据美国石油协会( ) 推荐的常规设计 由4 或 5 根短的炉管焊接而成, 因此, 整根炉管有两 A P I 方法A P I530[ 1 ] , 炉管的设计寿命通常为 100 000 h 个异种钢焊接接头和 3 至 4 个同种钢焊接接头。 ( 115 a) , 不过, 炉管的有效服役寿命从 30 000 h 到 [ 2 ] 15 000 h 不等 , 取决于实际操作状况和实际材料 的性能。 转化炉炉管材料通常采用离心铸造合金H K 40 (4 25 20) , 在长期高温服役中微观组织会逐 C r N i 步发生变化, 如碳化物的析出、合并以及粗化, 使得 材料变脆和高温和综合机械性能下降, 进而出现蠕 变空洞—空洞联结—形成微观裂纹—裂纹扩展等一 系列蠕变损伤积累过程[ 3～ 5 ] 。以往的研究工作大多 是针对单一炉管破坏部位进行分析, 缺乏对炉管整 图 1　服役近 90 000 h H K 40 炉管的特征曲线 体损伤的评价, 因而对炉管的维修决策和寿命评价 F ig. 1　Ch racteristic curves fo r the H K 40 tube serviced fo r 80 000 h 11　炉管微观组织变化的分析部位 有一定的局限性。 转化原料气与蒸汽混合从上部进入炉管, 自上 本文针对一根已服役了 10 a 的炉管, 运用金相 而下边吸热边反应, 产生的氢气从炉管下部引出。炉 分析法, 剖析该炉管不同部位的组织变化, 分析其损 管在使用过程中, 相当于一反应器, 随高温和一定的 伤状况, 结合早期研究人员的工作, 制定炉管损伤特 内压, 不同部位的温度各异, 微观组织变化及损伤状 性的级别, 从而确定损伤沿炉管纵向的分布, 以期为 况不尽相同, 因而, 具体的炉管分析研究的部位有: 炉管的使用管理提供参考。 ( ) ( ) 1 上法兰和炉管异种钢焊接接头A 1; 2 炉管自上