在役离心铸造转化管剩余寿命预测

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1、四川大学硕士学位论文在役离心铸造转化管剩余寿命预测姓名：黄远申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：闫康平;张明高20041118四JIJ大学丁程顾上学位论文1离心铸造转化管特性及运行使用状况以烃类为原料，采用蒸汽转化法生产合成原料气和氢气的工艺，在合成氨、炼油、石油化工、天然气化工、冶金等工业具有十分重要的地位。转化炉是烃类蒸汽转化工艺过程的关键设备，转化炉在生产装置中占据十分重要的地位，而转化炉的辐射段转化管更为关键的核心。如果因转化炉转化管在服役过程中，其蠕变裂纹深度情况没有被及时发现，由于裂纹的贯穿爆裂，不但

2、生产受到严重影响，遭受较为严重的经济损失，而且可能导致较为严重的安全事故。因此．转化管的可靠性是装置安全稳定运行的基础，在装置运行的检修周期内，运用适当的检测方法。对转化管的质量及寿命进行正确的了解和评价，为企业适时做出修复或更换的建议，具有十分重要的意义。1．1HP50离心铸造转化管在某天然气蒸汽转化装置的应用某工厂一合成气生产装置，以天然气为原料，采用天然气蒸汽转化工艺生产一氧化碳。该装置转化炉采用顶邦烧嘴的方箱式结构(如图1．1所示)，此种型式转化炉设计可使燃烧的高温烟气与转化管内的工艺气体同方向流动．以使炉管周

3、向壁温均匀分布。圈1-1转化妒示意图四川I大学工程硕士学位论文转化管采用小口径高镍铬离心铸造管，材质为HP50。转化管的结构如图l一2所示，辐射段管子规格0128×14mm，辐射段管子长度12m，设计压力2．5Mpa(120％负荷)，设计温度(120％负荷)：1007"C，设计使用寿命：100000小时。转化管数量：144根，分4排排列。[6112760图卜2转化管示意图转化管上端采用悬挂式固定，每排转化管用平衡藿锤悬吊在转化炉顶，下端伸出炉外，用法兰盖密封，可以自由膨胀，炉管下端用猪尾管与下集气管连接。该转化炉60个

4、烧嘴分5排均布在炉顶，从而形成单排双面辐射结构。工艺气体和烟气并流操作，传热和反应基本适应，由于炉顶烟气温度高，炉管很快被加热到高温，这样充分利用了炉管材料，同时，反应最剧烈的地方也是供热最多的地方，因此，轴向温度分布较为理想。烧嘴火焰最大长度约为3～4米。因此，转化管从顶向下3～4米处的管外壁温度最高，容易引起局部过热，是整个转化管较为薄弱的环节。转化管距炉底l米处，是烟道气聚集并进入对流段位置，温度是整个转化炉中的最高点，该都位是转化管的又一薄弱点。1．2天然气蒸汽转化工艺化学及流程1．2．1工艺化学由碳氢化合物和

5、蒸气组成的混合气构成的原料气，在镍基催化剂的作用下，按下列反应式转化生成转化合成气。主要反应：●蒸汽转化CnH2n+2+nH20÷÷nC0+(2n+1)H2一H∞t·甲烷转化反应2N)JJ大学工程硕士学位论文CH4+H20÷争CO+3H2一Heat●水．气反应CO+H20÷÷C02+H2+Heat●C02转化反应CH4+C02H2CO+2H2一Heat在上述主要反应中，蒸汽转化和甲烷转化反应是吸热反应；水气转化反应是放热反应；C02转化反应是吸热反应。不过，这几个反应是同时进行的，总反应的结果是吸热的。以上反应是转化过

6、程中的主要反应。析碳反应：CP．抖C+2H2一Heat2COHC+C02+HeatCO+H2付C+H20+Heat主要反应和析碳反应将达到一个平衡，这个平衡决定了转化气的组成。平衡取决于下列因素：圈卜3甲烷蒸汽转化反应平衡3四川大学T程硕士学位论文●温度因为是吸热反应，温度升高，则平衡甲烷含量降低，反之，则升高。●压力因为是增分子反应，压力升高，则平衡甲烷含量升高，反之，则降低。●汽碳比汽碳比增加，相当于向系统中加入水蒸气，平衡则向生成一氧化碳的方向移动，甲烷含量减少，反之，则升高。温度、压力以及汽碳比对平衡的影响如图

7、1．3所示，由图1．3可知，高的操作温度，低的压力，高的汽碳比会使反应向有利于甲烷转化的方向进行。[711．2．2工艺流程图卜4天然气燕汽转化工艺流程下璐工艺工艺流程如图1-4所示。经脱硫后的原料天然气气与来自高压蒸汽总管的经过比率控制后的工艺蒸汽～起送到村管混合器进行混合。设计最高操作温度为950"C，操作压力为2．0Mpa。1．3某装置HP离心铸造转化管的使用状况及问题某天然气蒸汽转化工艺装置采用HP50离心铸造管作为转化管，于19984四川大学]：程硕士学位论文2HP50离心铸造转化管特性及高温损坏2．1HP50

8、离心铸造转化管的特性转化管运行条件较为苛刻，其表面最高工作温度可达1000。C，并承受一定的内压，管内操作压力可达3．5Mpa。所以要求转化管材质不但抗氧化性能好，耐高温强度高，而且要求在高温下组织较为稳定，能抵抗各种介质的腐蚀。2．1．1HP50的铸态组织(a)HP50的原始铸态组织(c)HP50经850"C，1000小时加热后