高温运行设备材料损伤与剩余寿命-1

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1、第2部分高温运行设备材料损伤与剩余寿命第1章高温运行设备材料性能要求1.1咼温的定义高温容器及高温管道一般以350°C为界，而高温炉管通常指500°C以上。例如GB50235-97《工业金属管道工稈施工及验收规范》规定，高温（管道工作温度高于250°C）或低温（管道工作温度低于・20°C）管道的螺栓，在试运行时应按规定进行热态或冷态紧固。又如，GB150-98《钢制压力容器》附录F“钢材高温性能”中给出了钢材在400°C及以上温度10万小时的持久强度值，隐含400C为高温环境。而GBJ235-82《工业管道工程施工及验收规范》（金属管道篇

2、）、原中石化公司SH01005-92《工业管道维护检修规范》、原化工部HG25002-91《管道阀门维护检修规范》、原化工部95年颁发的《化工企业压力管道管理规定》和《化工企业压力管道检验规程》等规范（规程）则要求碳素钢370°C以上，合金钢及不锈钢450°C以上，压力管道的类别要提高，这说明对碳素钢370°C是高温界限，而对合金钢及不锈钢450°C才算是高温。表2-1-1管道热态紧固、冷态紧固温度（°C）（GB50235-97）管道工作温度一次热、冷紧温度二次热、冷紧温度250〜350工作温度—>350350工作温度20〜70工作温度—

3、<-70-70工作温度说明：250°C和350°C对压力管道来说是两个表示高温的分界值。1.2高温装置举例（1）工业领域高温装置举例见表2-1-20表2-1-2高温领域举例领域装置或设备举例航天与航空发动机、燃气轮机、火箭煤的转化气化、液化装置车辆排气阀、热发生器、增压器、烧嘴石油化工加热炉、裂解炉、裂化、转化等装置原子能工业反应堆用（燃料棒元体定位架、包壳材料）、高温气体炉冶金工业传送带、炉子、通风机、热处理炉、导板、模具无机材料玻璃业、玻璃纤维业、水泥、搪瓷、陶瓷火力发电锅炉、管道、汽轮机（2）石油炼制和石化工业中典型的高温装置表2-

4、1-3和表2-1-4分别为炼油装置和石化装置的高温部位举例。表2-1-3炼油装置屮高温部位举例装置名称温度（°C）备注常减压蒸徭装置〜370常压加热炉出口进常压塔〜410减压加热炉出口进减压塔催化裂化装置650〜750正常反应时反应器内温度〜500°C再生时650〜750°C400原料预热加热炉出口催化重整320〜370预加氢反应温度（临氢）〜500重整反应温度（临氢）320〜370后加盘反应温度（临氢）加氢精制300〜4207.85Mpa（临氢）加氢裂化380〜4508〜20Mpa（临氢）制氢500废热锅炉出口700〜850进入转化炉管

5、时转化温度700〜800中压蒸汽发生器转化氢制蒸汽延迟焦化500〜505进入焦化塔进行焦化合成氨300〜55010〜1OOMPa（临氢）表2-1-4石油化工装置中高温部位举例装置名称温度（°C）备注甲醇900造气部分反应温度240〜270合成部分低压法压力4.90MPa临氢360〜420合成部分高压法压力31.83MPa临氢甲醛600〜700氧化甲醇400〜600氧化甲烷乙烯538或670800〜863裂解炉对流段预热裂解炉辐射段裂解550废热锅炉515〜540高温蒸汽12.5~10.0MPa聚苯乙烯预热器管内430〜560°C管外590

6、〜650°C反应器管内545〜580°C管外650〜780°C1.3高温下对金属材料的基本要求（1）优异的、综合的高温力学性能优良的抗蠕变性能、高温持久强度、良好的高温疲劳性能、适当的高温塑性等（2）在相应的工作环境中具有良好的耐高温腐蚀性能耐高温氧化、耐高温流化、耐高温腐蚀（混合气氛）（3）足够好的冶炼加工等工艺性能复杂形状工件成形，化学成分要求严格。（4）适宜的经济可行性材料寿命+材料成本+加工成本+部件可更换性+安全可靠性=选材"2小。p惶22钢和肿线（8）4氐蹴钢gM和沖響爲"*沖::胪j墾性t"恥祁件也产。齊胖卿解’:嘶闾訓泌。

7、南辭肿加mg’n”连续的塑性变形，称此现象为金属的蠕变。②在高温下，抗拉强度随承载时间的增加而下降。③在高温下，随承载时间的增加塑性显箸下降，缺口敏感性增加，断裂往往呈脆断现象。（3）温度影响零件的微观断裂方式。温度较高时，材料有可能由穿晶断裂变为沿晶断裂。（4）随着温度的升高，环境介质对材料的腐蚀作用加剧，将影响材料的力学性能。综上可知，温度与时间是影响金属高温力学行为的重要因素。研究金属高温力学行为必须研究温度、应力、应变和时间的关系。5010030200—020#!•--•]50MoW5808020钢4020250100~200~3

8、00~~400~500图2-2-420号钢、15CrMo钢的曲线图2-2-520号钢、15CrMo钢的屮・T曲线2.2金属材料的蠕变金属在一定温度、一定应力（即使小于①）作用下，随着吋间的增加