乙烯裂解炉 急冷废热锅炉失效分析

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1、工业炉石P油化工设备技术，2016，37(1)·32·etro—ChemicalEquipmentTechnology乙烯裂解炉急冷废热锅炉失效分析黄嗣罗(茂名重力石化机械制造有限公司，广东茂名525024)摘要：针对急冷废热锅炉连接件内管失效问题，通过化学成分、断口的宏观与微观形貌、微观组织及能谱分析等各种分析研究表明，断口位于内管上冷却介质的出口侧管正对的位置，内管外表面环向存在明显的腐蚀与中刷痕迹。外管流道尺寸突变，冷却介质在侧管正对的内管上产生一定的流体反向压力，是导致断口开裂的主要力学因素。其次，断口局部长期高温导致管材珠光体中的碳化物球化并渗碳，材料性能劣化

2、。另外，内管外壁断口部位发生冲刷腐蚀，造成环向冲刷腐蚀凹槽，降低了该部位的结构强度，导致该部位优先开裂。建议加强对急冷废热锅炉高压部分的监控，定期排污，防止堵塞引起局部长时间超温导致渗碳；同时调整流体流动布局，减低冲刷腐蚀带来的影响。关键词：急冷废热锅炉开裂失效冲刷腐蚀渗碳乙烯裂解炉TIE(TransferLineExchanger)表1所示。急冷废热锅炉，其为线性双套管式废热锅炉，一般都在高温高压条件下操作。这种结构适用于大蒸发量、大温差、高温、高蒸汽压、高传热速率以及高开压气体的工况。裂解气在冷却过程中会发生二次裂穿反应，容易导致乙烯、丙烯等收率降低。因此，就孑L位

3、需要在极短的时间内把裂解气冷却下来，以抑制置二次反应的发生。自20世纪6O年代以来，就开发了用高压水问接冷却的装置——急冷废热锅炉。高压急冷锅炉既能抑制二次反应，又能回收裂解气的热量，副产高压蒸汽，高压蒸汽又可作为本装置的动力，驱动裂解气压缩机。因此可见，急图1急冷废热锅炉示意冷废热锅炉对乙烯装置的稳定运行、节能降耗具急冷废热锅炉开裂位置的详细结构如图2所有重要的意义n】。示。内管通550。C的乙烯裂解气，外管则通346某石化乙烯厂的1台“倒U型”线性套管式℃的高压水和蒸汽，然后从侧支管流出。连接件急冷废热锅炉在运行过程中发现有1条内管在高内管与外管之间的流道截面积为3

4、．82×1O。压蒸汽水出口部位发生开裂穿孔，由于外管中蒸mm，侧支管的流道截面积为1．66×lO。mm，在汽压力远大于内管介质压力，导致大量的蒸汽和流量一定的情况下，侧支管处高压水和蒸汽的流水窜入内管，造成系统停车抢修。因此，分析穿孔速最高可达管问流速的2．3倍。当高压水和蒸汽泄漏的原因，有针对性的制定预防措施，对裂解装通过侧支管口时，流体从均匀流迅速变为非均匀置的设计、制造及运行均具有重要的指导和借鉴流，不可避免地会在侧支管管口处形成涡流。仔意义。收稿日期：20150818。1失效急冷废热锅炉结构与内管材料分析作者简介：黄嗣罗，2003年毕业于西安交通大学焊接专业，某

5、乙烯厂急冷废热锅炉为“倒u型”线性套硕士，主要从事焊接冶金研究及失效分析等工作，已发表论管式结构，由叉型锥体、内管、外管、侧支管和上下文1O余篇，高级工程师。连接件以及集箱组成，如图1所示，设计参数如Email：gdmmhsl@163．corn。石油化工设备技术2)流道结构。断口位于外管内冷却介质的观组织中各部分的韧性和硬度差别很大，在热疲出口位置，是正常流动的汽液介质发生9O。方向劳的作用下，渗碳层中易于产生微小裂纹u。因改变，见图8。连接件内管与外管之间的流道截此，断口部位长时间的高温环境所导致的珠光体面积为3．82×10。mm，侧支管的流道截面积为中碳化物球化和渗

6、碳问题，可能是断口产生的主1．66×10。mm。，在流量一定的情况下，侧支管处要内在因素之一。高压水和蒸汽的流速最高可达管间流速的2．34)高温。内管外壁接触的高温、高压水一汽倍。因侧管流道尺寸缩小的原因，在该位置发生混合物是1种强氧化剂。在高温下水会与铁发生流体拥堵，势必会在侧管正对的内管上产生一定氧化腐蚀反应。的流体反向压力，这种压力可能就是导致断口开5)冲刷腐蚀。断口处渗碳严重，化学成分严裂的主要力学因素。冷却介质沿内管轴向向上流重不均匀性，具备产生局部电化学腐蚀的条件。动，到断口高度位置发生方向改变，沿内管环向的断口附近区域是高压水一汽混合介质流向发生9O。流动

7、，导致断口高度位置的环向冲刷，为此，扫描改变，在低速条件下，金属相当于处于层流区内，电镜下观察到的断口位置的环向冲刷痕迹就不难供氧量较少，能形成保护膜，流体对金属的剪切应理解了。力小，不会破坏保护膜，冲刷腐蚀比较缓慢。当流速增至出现湍流时，湍流液体击穿了紧贴金属表面的边界层，这不仅加速了腐蚀剂的供应和腐蚀产物的转移，同时增加了流体与金属之间的剪切应力。这种应力会将金属腐蚀产物(包括保护膜)从基体上被拉下，撕开并冲走，使保护膜发生一定程度的破坏，同时流体无规则地剧烈冲击金属表外管面，促进冲刷腐蚀。环向流速的差异导致了断口位置壁厚在2．34～