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《制氢转化炉Incoloy800H合金下猪尾管断裂分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第38卷第3期化工机械361制氢转化炉Incoloy800H合金下猪尾管断裂分析*王桐海(甘肃省锅炉压力容器检验研究中心)摘要对使用3年的Incoloy800H合金的天然气制氢转化炉猪尾管开裂进行了失效分析,通过金相和扫描电镜断口分析,确定了长时间过热和结构应力过大是造成其寿命大大缩短并最终导致该猪尾管发生了蠕变开裂和内外壁面晶间氧化开裂的主要原因。关键词制氢转化炉猪尾管Incoloy800H合金蠕变开裂失效分析中图分类号TQ054文献标识码B文章编号02546094(201
2、1)03036104随着全世界范围对清洁燃料要求的日益增格33.4mm5.5mm,材料为Incoloy800H合金。加,炼油厂加氢甲醇装置越来越多,导致氢气需求2宏观检查量也越来越大,目前制氢方法均为烃类+水蒸气开裂发生在转化管加强接头与接管焊接接头转化法造气。转化炉是制氢装置中的核心设备,部位,部分接头沿环焊缝熔合区完全断裂,接管另反应介质通过炉管内的催化剂床层进行反应,下一端(猪尾管与接管)焊缝完好。断口呈铁褐色,猪尾管主要是用来吸收转化炉下集合管的热膨断面粗糙无金属光泽,无塑性变形,无明显的壁厚胀。Incoloy800H合金由于具有优良的高温
3、力学减薄,具有氧化腐蚀特征。猪尾管接管外观呈氧性能、抗腐蚀、抗热冲击、热疲劳和蠕变性能,常用化色,管外壁表面存在环向裂纹,裂纹距断裂面约于在593以上的温度环境中需更高的抗蠕变和5mm,与断裂面平行,裂纹长度4~8mm,解剖发应力开裂能力的位置。目前天然气转化炉装置中现管内壁存在多条密集平行纵向裂纹,部分裂纹下集合管和下猪尾管等高温部件通常使用In较宽,如图1所示。猪尾管接管管径明显胀粗。coloy800H合金制造,使用寿命通常可达80kh以[1~3]上。某炼油厂100kt/a甲醇装置天然气转化炉下猪尾管使用3年时间就发生了猪尾管接管与转化管加强接头环向断
4、裂情况,影响了装置的正常运行。为此,笔者对开裂部位进行了失效分析,从结构、材料、焊接及热处理工艺等方面探讨了猪尾管的开裂原因。1工艺参数图1接管内壁纵向裂纹制氢转化炉操作介质为天然气+水蒸气、含少量H2+CO+CO2,设计压力5.0MPa、操作压力3检验分析3.0MPa,设计温度800、操作温度770~780,3.1化学成分和力学性能生产不正常时操作温度可能超过900,炉体规化学成分分析结果表明猪尾管、接管和焊缝*王桐海,男,1958年1月生,高级工程师。甘肃省兰州市,730020。362化工机械
5、2011年金属成分、室温下的屈服强度、抗拉强度、延伸率[4]及硬度符合SH/T3523Incoloy800H或ASTM[5]B407中的UNSN08810牌号要求。按GB/T[6]4340.1测定各部位硬度:猪尾管直管HV1144~176,近缝母材HV1148~185,接管HV1121~133,接管裂纹区域HV1117~140,焊缝外壁HV1135~138,焊缝内壁HV1189~193,有渗碳倾向。3.2金相分析金相检查发现猪尾管内壁的晶界孔洞均较外图5焊缝热影响区组织壁严重,外壁均有表面沿晶氧化裂纹(图2)。沿金相检查可见猪尾管和接管焊接接头部位存晶
6、氧化裂纹:内壁深度0.1mm,外壁深度0.20~在熔合区环向裂纹,焊缝根部起裂,沿熔合区沿晶0.25mm(图3)。焊缝内有较多的点状、棒状、颗扩展。接管内表面纵向多条平行蠕变裂纹,外壁粒状析出(图4)。两侧热影响区也有晶界孔洞和多条平行环向蠕变裂纹,裂纹尖端粗钝,内有腐蚀微裂纹出现(图5)。产物,表面起裂,沿晶纵深扩展,裂纹周围存在较多的蠕变孔洞(图6)。图6接管外壁蠕变裂纹特征金相分析结果表明猪尾管和接管组织明显劣化,外表面存在高温氧化损伤,内部存在蠕变孔洞和蠕变裂纹。3.3扫描电镜断口分析接管裂纹扩展区为氧化物和沿晶特征,裂纹尖端为沿晶+腐蚀产物+
7、韧窝,低倍显现孔洞和二次裂纹(图7),新鲜断口为韧窝,由此可以判定断裂为蠕变断裂。图7裂纹尖端形貌第38卷第3期化工机械3634分析讨论焊接接头在一般状态下均达不到与母材等强度的4.1材料结构要求,特别是在高温下的持久强度大幅降低,热处[13]Incoloy800H是Incoloy800合金的高碳型,属理后也得不到改善,加之猪尾管与接管处几何镍铁铬系铁镍基耐蚀合金,我国相应的牌号为形态不连续,存在应力集中,所以在猪尾管与接管[7]NS1102(1Cr20Ni32AlTi),含碳量为0.05%~连接处的
8、焊缝更容易发生蠕变开裂,裂纹扩展速0.
