F0401裂解炉辐射炉管缺陷分析.pdf

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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