急冷锅炉炉管内管失效分析

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1、第39卷第4期化工机械517急冷锅炉炉管内管失效分析蒋巍州孙圣迪2曲永奎3(1．北京航天动力研究所；2．黑龙江工程学院机电工程学院；3．大庆石化工程有限公司)摘要针对某急冷锅炉炉管内管发生失稳堵塞的问题，对堵塞炉管内管进行材料组织检测分析、管壁腐蚀检测分析和内管的高温强度检测分析，讨论了炉管内管的材料损伤状况以及高温性能情况，得出急冷锅炉炉管发生失效的主要原因是由于内管强度不足．建议增加内管的壁厚，以提高其承载能力。关键词急冷锅炉炉管失效分析强度中图分类号TQ051．5文献标识码B文章编号0254-6094(2012)04加517加4乙

2、烯装置中的急冷锅炉是利用乙烯裂解过程中的余热产生蒸汽的锅炉，是乙烯生产的关键设备之一。它的安全稳定运行对乙烯装置的稳定运行和增加乙烯收率具有重要意义。某乙烯装置裂解炉的急冷锅炉炉管分4组，每组16根，共64根。炉管形式为套管式换热器，内管材料为15crMoG，尺寸西101．6mm×10mm，外管材料SAl06GrB，尺寸西159mm×14mm，每组换热面积为80．2m2，管程介质为裂解气，壳程介质为锅炉给水。急冷锅炉开始投料时发现炉管出口处泄漏、着火，后发现13根炉管流通不畅。拆下急冷人口盲法兰，发现堵塞的炉管有10根，鼓包严重的有15

3、根，内管弯曲的有5根，轻度鼓包的有1根，失效均为炉管的内管，共计31根。笔者针对拆卸下来的炉管内管进行检测与失效分析，以确定内管的材料损伤状况以及高温性能情况，查明急冷锅炉炉管发生失效的主要原因，并提出相应的建议措施，为急冷锅炉的升级改造提供技术依据。1炉管内管的失效情况外观分析为确定失效形式和程度按相关设计对急冷锅炉的炉管内管失效情况进行分析，失效部位均位于15m内管的上部，即靠近裂解气入口的高温区域。由于内管的管内工作压力为80kPa，管外工作压力为10．38MPa，属于外压载荷，内管失效形+蒋巍，女，1978年12月生，丁程师。北

4、京市，100076。式为外压失稳，造成管体被压扁，堵塞内管通道如图1所示。图1炉管的内管失稳形态2炉管内管的金相组织检测分析经检测炉管内管材料为15CrMoG，满足设计要求。为进一步确定内管的热处理情况，并判别是否存在短期高温损伤(珠光体球化)现象。为此，针对内管的金相组织进行了检测分析。选取两段未失稳的炉管内管和两个失稳压扁的炉管内管，并在每个管体上各截取两个试样，一个为预制横向截面试样，另一个为预制纵向截面试样。由于设计内管材料的技术要求为调质处理，因此在失稳炉管内管上截取两个试样，采用加热炉进行淬火(油淬)加高温回火热处理，与原始

5、状态(未热处理)内管进行组织对比分析。10个试样信息见表l，每个试样经过水砂纸预磨、精磨、研磨、抛光和5％硝酸酒精溶液浸蚀，制备成金相试样。利用大型金相显微镜对10个试样的金相组织进行检测分析，并利用扫描电镜518化工机械2012年对其中两个金相试样进行高倍组织检测分析。表1金相试样信息篱f．试样6×500王蓄●-≯●鎏由图2a、c、e、g内管纵向金相组织图片可以看出，失稳内管和未失稳内管的纵向金相组织均呈现明显的带状，这种纵向带状组织为管体轧制过程中形成的。按照钢的显微组织评定标准(GB／T13299)评级图，l’、2。和4’内管的带

6、状组织为1级，3。内管的带状组织为2级。由图2b、d、f、h内管横向金相组织图片可以看出，失稳内管和未失稳内管的金相组织均为铁素体和珠光体，属于典型的正火热处理状态。按照金属晶粒度评定标准(GB／T6394-2002)评级图，金相组织晶粒度评定为7～8级。此外，34失稳内管靠近内壁附近的金相组织有些异常(图2f)，一些珠光体晶粒呈离散状，晶粒边界不清晰。4。内管试样经过调质(淬火+高温回火)热处理之后的金相组织不同于原始内管金相组织(图2i、j)。麟鬟谶缈_’：-飞^’√h．试样8×500i．试样9×500图2试样l一10的金相组织可以

7、看出，调质热处理后的微观组织中带状组织已经消除，金相组织为以贝氏体为主，含有少量的铁素体和碳化物。调质热处理后的内管金相组织不同于原始内管金相组织，这说明设计图纸上注明炉管内管材料的技术要求应为正火加回火热处理状态。由于3。失稳内管靠近内壁附近的金相组织有些异常，因而针对34失稳内管金相组织以及14未失稳内管金相组织进行高倍组织分析(扫描电镜，放大5000倍)。1。未失稳内管的姆轰鞭p咛务≯々¨嚣滋葛砷隗蠼嗍瀑惑黼瓣j．试样lO×500高倍金相组织如图3a所示，珠光体晶粒中的片层状结构明显，晶粒边界清晰，未出现珠光体高温球化现象。3。失

8、稳内管的高倍金相组织如图3b所示，珠光体晶粒边界不清晰，少量晶粒中的部分片层状结构出现球化现象，但珠光体晶粒形态明显，按照相关标准及15CrMo钢珠光体球化指标，3。失稳内管的金相组织球化等级接近2级(倾向