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时间:2020-03-22
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1、第37卷第5期化工机械635F0401裂解炉辐射炉管缺陷分析刘庆龙+(中国石油吉林石化分公司聚乙烯厂)摘要对吉化乙烯装王F040l裂解炉辐射炉管产生裂纹的原因进行分析,并阐述了造成炉管损坏的原因,结合实际运行提出建议。关键词裂解炉辐射炉管裂纹渗碳蠕变高温氧化中图分类号TQ053.6文献标识码B文章编号0254—6094(20lO)05.0635旬3中国石油吉林石化分公司聚乙烯厂乙烯装置设计能力为年产乙烯300kt,共有6台裂解炉,每台炉能力为60kt/a,设计为5常l备运行。装置内F0401裂解炉辐射炉管运行10000h后,发现废热锅炉(TLE)入口传输线损坏严重,
2、在更换此传输线过程中,将与其相连的辐射炉管用等离子切割机迸行切割,经宏观及无损探伤发现大量裂纹,裂纹形态复杂多样,严重影响正常的安全生产,笔者对该段辐射炉管的裂纹进行分析。1炉管概况裂解炉为林德-西拉斯门式炉,两个辐射室共用一个对流室。辐射炉管材料选用25Cr.35Ni+Nb合金,即HP40+Nb级奥氏体耐热钢。其显著特点是高温蠕变强度大、抗渗碳性能好、运行过程中组织变化缓慢并且使用寿命长。出现裂纹处的辐射炉管规格为犯15mm×18mm/咖148mm×14mm,设计最高使用温度1100℃,化学成分见表l。表1辐射炉管化学成分%225Cr七5Ni+Nb合金的组织形态2
3、5c卜35Ni+Nb合金的熔点为l390℃,1350℃时合金开始析出M:,c。,从而形成固液两相+M:,C。三相区,这就形成了合金室温的平衡组织:奥氏体+M23C6。由于实际制造过程中,合金的冷却速度较快,即过冷度较大,合金中的元素,尤其是碳元素来不及扩散,造成了冷却过程中组织转变很不平衡。共晶化合物M:,C。是由另一类较不稳定的共晶化合物M,C,转变而来的。如果冷却速度较慢,即过冷度较小,合金中的元素可以进行充分扩散,从而M,C,可以完全转变成M:,C。,而冷却速度较快,即过冷度较大时,合金中的元素不能进行充分的扩散,从而使M,C,来不及转变成组织更为稳定的M:,
4、C。。在合金冷却过程中由于合金的铁(Fe),铬(Cr),铌(Nb)的相互作用可能还要生成一些金属间化合物,如:Nbc,FeNb等等。但是,这些金属问化合物同M:,C。或M,C,在合金组织中分布状态是相同的,在晶界或枝晶中是弥散分布的,起到了弥散强化的作用,从而增强了材料的抗高温持久强度。因此,辐射炉管在常温状态下其平衡组织为:过饱和的奥氏体+不稳定的M,C,碳化物及少量较为稳定的M:,C。碳化物+少量的金属间化合物(FeNb,NbC等)。3辐射炉管的裂纹形态辐射炉管在检修过程中,通过宏观检查和无损探伤的方法,发现以下几种形态的裂纹:·刘庆龙,男,1971年2月生,工
5、程师。吉林省吉林市,132021。636化工机械2010年a.在焊缝熔合区和热影响区中发现许多环状裂纹。环状裂纹大多有分支,其中最明显的一条裂纹长度约为80mm,深约15mm,起始于焊缝区,沿熔合区、热影响区扩展。b.在焊缝以下约20mm处母材上发现一条穿透内壁的环状裂纹,可以看到由管外壁用砂轮机打磨至目前形状后,从管外壁测量裂纹长度约为60mm,由管内壁测量裂纹长度约为30mm。用砂轮打磨发现大量的径向裂纹,由管外壁直到管内壁,有穿透的趋势。c.在焊缝的等离子切割处及其附近区域内发现大量径向裂纹,深度大多在2mm以内。d.在辐射炉管等离子切割部位,经砂轮打磨后发现
6、裂纹大多呈径向,由管外壁贯穿至管内壁。e.在辐射炉管母材处用砂轮打磨过程中,发现裂纹呈径向,靠近外表面裂纹密度较大,内表面裂纹密度较小。以上几种形态裂纹的产生和发展均沿晶界,裂纹分枝较多,围绕主裂纹形成许多沿晶或枝晶的裂纹网。4裂纹原因分析4.1炉管组织的变化4.1.1晶界脆化辐射炉管在高温环境下运行过程中,炉管内晶界处不稳定的M,C,碳化物将向较为稳定的M:,C。碳化物进行转变。过饱和的奥氏体将会发生碳从晶粒向晶界处迁移的现象,使晶粒处的碳浓度减少,晶界处的碳浓度增加。随着辐射炉管在高温状态下运行时间的延长,晶界处的碳化物伴有聚集长大的趋势,从而在晶界处易形成链状
7、或骨骼状的碳化物,晶间碳化物的显微硬度最高达HVl839,说明炉管晶界变脆。辐射炉管在高温环境内长期运行,易促使晶界处形成金属间化合物并聚集长大,在晶界处形成脆性区域,如裂纹面(晶界相)成分见表2。表2裂纹面(晶界相)化学成分%由于铬(cr)含量较高,在辐射炉管长期高温运行时,易在晶界析出连续片状的脆性的金属间化合物盯相Fe。cr。,这样在晶界处形成脆性区,裂纹敏感性强。4.1.2渗碳损伤辐射炉管中的反应气体(CO,c0:,烃类,H:O)在高温下是一种渗碳的还原气氛,各种反应气体吸附在金属内表面,在炉管材料中铁和镍的催化作用下,促进吸附气体的析碳反应,形成异常活
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