烃类转化炉下尾管开裂原因分析.pdf

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1、第43卷第8期合成氨与尿素化工设计通讯2017年8月AmmoniaandUreaChemicalEngineeringDesignCommunications烃类转化炉下尾管开裂原因分析毕同峰（大庆油田化工有限公司，黑龙江大庆163411）摘要：对烃类转化炉下猪尾管的破裂原因进行了分析，分析指出：炉管的下尾管开裂原因为应力腐蚀导致的蠕变裂纹。由于缺陷的存在，大大降低了晶粒间的结合力，是炉管开裂，造成泄漏的主要原因。关键词：顶烧式转化炉；下尾管；晶间裂纹；应力腐蚀中图分类号：TQ440.5文献标志码：A文章编号：1003-6490（2017）0

2、8-0002-01CauseAnalysisofCrackinginTailtubeofHydrocarbonReformerBiTong-fengAbstract：Experimentsandanalysesonhydrocarbonconversionrupturefurnacedowntailtubeanalysispointsoutthatthefurnacetubetailpipecrackingisstresscorrosioncausedbycreepcrack.Becauseoftheexistenceofdefects，th

3、ebondingforcebetweenthegrainsisgreatlyreduced，whichisthemaincauseofthecracksinthefurnacetubes.Keywords：topburningreformer；lowertailtube；intergranularcrack；stresscorrosion顶烧式天然气转化炉是我合成氨装置主要设备之一，该1.2金相组织分析转化炉由辐射段和对流段组成，工艺介质为天然气和水蒸气在下尾管段远离裂纹和裂尖附近分别取样，进行磨制和的混合气体，火嘴27个，炉管78根。炉管两

4、排分布，火嘴三机械抛光后，进行侵蚀显示下尾管段材料的微观组织。下尾33排。入转化炉天然气量为8878m/h，燃烧燃料气量为610m/h。管段壁厚中间部位的微观组织如图1所示。由金相检查可见，管材为Incoloy800（ZG40Cr25Ni35）铁镍基合金，规格φ65下尾管和炉管焊接接头处存在环向裂纹，焊缝根部起裂，沿mm×3.5mm。管内介质76%H2~20%CO2和以及7.65%的烃，熔合区沿晶格扩展。尾管内表面纵向多条平行蠕变裂纹，外管内压力为3.33MPa，操作温度为小于780℃。壁数条环向蠕变裂纹且平行，裂纹末端粗钝，内有腐蚀产物，该

5、烃类转化炉炉管自2005年投入使用以来，至今已运行沿晶纵深扩展，裂纹附近存在较多的蠕变和孔洞。由此可见，5万多小时。装置投产初期，有很多不稳定因素，使得转化炉下尾管段在长期高温运行后发生了较大的组织变化，致使该炉管经常处于原料气中断和开停车过程中，加之吊装转化炉管段的材料性能劣化。炉管的平衡锤设计不合理，在炉管伸涨时不能起到拉伸作用，2009年对平衡锤进行了改造。2011年9月大修时发现，一根烃类转化炉炉管出现了裂纹，开裂的猪尾管位于中上段，而且管口存在蠕胀的痕迹。经清理发现下尾管段外表面上有一竖向裂纹长约6cm，该裂纹已穿透管壁。炉管出现裂

6、纹部位的工作温度在780℃左右。为了装置长周期安全平稳生产，防止此类事故的再次发生，有必要对烃类转化炉炉管做失效分析。图1下尾管段管壁中间部位的微观组织（×500）1原因分析1.3断口检验分析下尾管的开裂部位在转化管下部与下尾管连接附近部位。把开裂的下尾管从裂纹处竖向打断，断口处伴有深色的裂纹长约50mm，最宽处15mm，断口面靠里侧呈现铁褐色，腐蚀产物，打断的断裂面色泽光亮并为结晶状。可初步推断开裂面较粗糙没有金属光泽，无明显的尾管壁减薄迹象，具为脆性开裂。有明显的腐蚀特征。下尾管接管外观呈现氧化色，管外壁表断口用SEM进行微观分析，微观断

7、口呈冰糖块状。冰糖面存在众多的竖向裂纹，呈环形分布，取试件解剖后发现尾块的棱角变钝且有蚀坑，说明受到腐蚀。尾管裂纹扩展区有管内壁存在多条密集且平行的纵向裂纹，尾管接管管径明显氧化物和沿晶开裂的特点，裂纹尖端为沿晶加腐蚀产物加韧蠕胀。窝，低倍显微镜下呈现孔洞和二次裂纹（图2），新鲜断口为1.1化学成分分析韧窝，由此可以判定断裂为蠕变断裂。在开裂的下尾管段上取样进行化学成分分析，结果详见表1。为了便于比较，同时也列出了Incoloy800的标准化学成分。表1下猪尾管材料的化学成分（w）%项目CMnSiPSCrNiMoTiAl下尾管段0.0980.

8、590.490.0180.02425.0335.300.96Incoloy19.00~30.00~0.15~0.15~800标准≤0.10≤1.5≤1.0≤0.02