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1、第21卷第1期抚顺石油学院学报Vol.21No.12001年3月JOURNALOFFUSHUNPETROLEUMINSTITUTEMar.2001文章编号:1005-3883(2001)01-0035-05SRT-IV-HS型裂解炉管损伤分析12李若平, 方鲁晋(1.抚顺乙烯化工有限公司,辽宁抚顺113004;2.中国石化集团第十建设公司,山东淄博255438)摘 要:通过现场测试和实验室试验,研究了SRT-IV-HS炉管的损伤失效形式。结果表明:高温渗碳、热冲击开裂和蠕变是造成炉管失效的主要原因。当炉管长期在高温下工作时,介质中的碳会
2、渗入到显微组织中,这不仅使材料脆化,而且使渗碳表面产生残余应力,导致炉管开裂。热冲击是由于炉管在某些部位温度变化大,炉管和结焦物的热膨胀系数不同,而产生较大的温差应力,使炉管产生裂纹。高温蠕变损伤是由于过热引起的,过热使金相组织内部产生蠕变空洞,在热应力下空洞扩展连接而形成蠕变裂纹。根据失效损伤分析,提出了防止炉管损伤并延长其使用寿命的6条措施。关键词:炉管; 渗碳; 蠕变; 残余应力; 裂纹; 损伤分析中图分类号:TE963文献标识码:A 乙烯生产的发展对管式裂解炉的工艺和机对流段,下为辐射段。裂解原料(石脑油、轻烃)械设计等提出了
3、更高、更苛刻的要求,鲁姆斯及稀释蒸汽由对流段进行预热进入辐射段裂(Lummus)从40年代起就从事乙烯工厂的设计解。炉膛温度980～1020℃,横跨温度560～和建设工作,SRT(ShortReidenceTime)炉是在620℃,排烟温度120℃,炉COT温度830℃。长期实践的基础上发展起来的,裂解技术也在裂解炉辐射段炉管为加拿大FAHRAMET制不断发展。为提高乙烯裂解深度,要求提高裂造厂铸造,牌号:25Cr-35Ni+1.5Nb解温度(达830℃以上),缩短反应时间,降低烃(HP40Nb)离心铸造管。其化学成分及机械性分压,以便
4、得到较高的乙烯收率。虽然目前裂能见表1、2。解炉管普遍采用高铬镍耐热合金,但其在长期表1HP40Nb离心铸造管化学成分高温下使用仍会受到渗碳、氧化、热冲击、温差ω(组成成分),%应力及各种应力的影响而失效损坏。CMnSiCrNiNbPS(Min)0.35--24331.0--1SRT-IV-HS型炉概况(Max)0.451.501.5027361.50.030.0380年代末,我们公司从加拿大鲁姆斯公司表2HP40Nb离心铸造管常温机械性能5引进的1.15×10t/a乙烯装置由5台裂解炉σb/MPaσs/MPaδ5,%ak组成,位号E-
5、BA101～E-BA105,形状如图15602901518.9所示,于1991年12月19日投入使用。[1] 裂解炉由上下两部分组成,上为烟道和E-BA101～BA105每台裂解炉有4组炉收稿日期:1999-07-07管,每组有16根,为16比2结构,规格:第1程作者简介:李若平(1963-),男,辽宁抚顺,高级工程为<56×6.4,第2程为<137×8,长度均为12.师。054m,炉管吊挂形式采用平衡配重结构,见图36抚顺石油学院学报 第21卷2。炉管材料中的铁和镍的催化下,促进吸附气体的析碳反应,形成
6、异常活泼的碳原子。在炉管金属内表面组织疏松、氧气膜破裂及内表面缺陷部位,活性碳原子很容易渗入合金基体,在金属晶界上聚结与铬形成Cr7C3,使渗碳层奥氏体组织中的铬含量减低而镍含量相对集中,产[2]生所谓的“贫铬富镍”现象。铬含量的降低直接影响了材料的抗氧化和耐腐蚀能力,使合金的耐热特性下降。 炉管渗碳是导致炉管损坏的主要原因。烧焦处理会使炉管内壁的铬氧化层破坏,由于清焦周期短,烧焦频繁,开停次数多,平均15天一次,温度变化频繁,严重损伤炉管内壁金属组织。1996年用日本LST-11H渗碳仪对更换下来的BA103第2组炉管进行了全面的渗
7、碳检测,发现:炉管渗碳主要发生在温度较高的第2程炉管上,且可焊性极差;而第1程炉管渗碳较轻,可焊性也较好。在渗碳炉管中,第2程炉管渗碳指数较高,说明渗碳与温度有关。根据有关文献记载:HP40材料在900℃以下很少发生渗碳,这与我们现场检测结果相符。对第2程炉管进行剖析,管断面经王水侵蚀后可以观察到两种不同颜色的层状结构,内层褐色的即为渗碳层。在渗碳层中有几条径向1991年末使用以来,每台炉平均使用时间裂纹。对管段进行金相分析,管内壁有一层氧44为2.4×10h,最长投用时间为3.5×10h。化渗碳层、中间为渗碳-脱碳层,包壁为政常组从炉
8、管损伤统计来看,渗碳、热冲击、蠕变是主织。要损伤原因。炉管损伤情况及原因见表3。 为了解渗碳对材料性能的影响。将该管段表3SRT-IV-HS裂解炉管损伤统计在不同温度下作了比较试验,见表4。项 目第1程
