急冷锅炉外 炉管鼓胀分析

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1、第49卷第4期化工设备与管道Vl01．49NO．42012年8月PROCESSEQUIPMENT&PIPINGAug．2012急冷锅炉外炉管鼓胀分析蒋巍，罗秀朋，蒋汉锋(1．北京航天动力研究所，北京100076；2．大庆石化工程有限公司，黑龙江省大庆市163714)摘要：针对某急冷锅炉炉管外管进行组织检测与分析，模拟了膨胀变形炉管外管的温度场，获得了炉管外管的膨胀原因是由于内管失稳导致外管超温而膨胀变形，为急冷锅炉炉管失稳提供技术依据。关键词：急冷锅炉；温度场；外管膨胀中图分类号：TQ050．7；TH142文献标识码：A文章编号：1009～3281(2012)040068—04急冷锅

2、炉是指利用乙烯裂解过程中的余热以产管的金相组织为铁素体+珠光体，珠光体晶粒边界清生蒸汽的锅炉，是乙烯生产的关键设备之一。它的晰，未出现珠光体高温球化现象，属于典型的正火热安全稳定运行对乙烯装置的稳定运行、增加乙烯收处理状态。按照金属晶粒度评定标准(GB／T6394—率，具有重要意义”J。2002)评级图，金相组织晶粒度评定为7-8级。某乙烯装置裂解炉的第一急冷锅炉炉管分4组，每组16根，共64根。炉管形式为套管式换热器，内管材质为15CrMoG，规格尺寸101．6mm×10mm，外管材质SA106GrB，尺寸为159mm×14film，每组换热面积为80．2m，管程介质为裂解气，壳程

3、介质为锅炉给水。急冷锅炉开始投料，发现炉管出口处泄漏、着火，后发现13根炉管流通不畅。拆下急冷入口盲法兰，图1外管的金相组织(100倍)发现炉管外管膨胀变形。为此，针对拆卸下来的炉管外管进行检测与分析，并对炉管外管的膨胀变形温度场进行模拟，以查明炉管外管的膨胀原因，为急冷锅炉炉管失稳提供技术依据[2-4]。1炉管外管的金相组织检测分析急冷锅炉炉管外管的材质为SA106Gr．B。为进一步确定外管的热处理状态，并判别是否存在短期高温损伤(珠光体球化)现象。为此，针对外管的图2外管的金相组织(500倍)金相组织进行了检测分析。在炉管外管上截取2个试样，每个试样经过水2炉管外管的膨胀变形检测

4、分析砂纸预磨、精磨、研磨、抛光和5硝酸酒精溶液在修复急冷锅炉时发现，炉管外管的外径也发浸蚀，制备成金相试样。利用大型金相显微镜对2生了变化，略微有些鼓胀。现场针对炉管外管的外个试样的金相组织进行检测分析。径进行了测量，对测量数据进行了统计分析，如表l由图1和图2外管金相组织图片可以看出，外管的纵向金相组织呈现明显的带状，这种纵向带状组织为管体轧制过程中形成的。按照钢的显微组织收稿日期：201】一O9—27评定标准(GB／T13299)评级图，外管的带状组织作者简介：蒋巍(1978一)，女，吉林临汀市人，I程师。主要从事为1级。由图1和图2金相组织图片可以看出，外化工非标设备设计作。2

5、012年8月蒋巍，等．急冷锅炉外炉管鼓胀分析71的炉管，其外管的直径的变化量最大。内管变形量越大，内外管的距离越近甚至直接接触，外管局部的温度升高越大，材料的高温性能下降越大，所以变形量最大。内管变形量不大的情况下，不容易出现内外o管距离过近的情况，外管的温度不会有明显的升高，外管不会发生鼓胀或者鼓胀不明显。5结论图12接触时裂解气入口截面的温度分布综上分析，炉管外管膨胀的原因是内管失稳导4炉管外管的膨胀原因分析致外管超温而膨胀变形。外管膨胀变形过程应为：当炉管的内管失稳变形后，变形压扁接触到外管上，炉管外管膨胀的原因可能有三个方面：内管里的裂解气传热给外管，导致外管的温度升高，(1

6、)外管材料在长期高温条件下的蠕变膨胀；当外管壁温超过许用温度时，在环套内水的高压作用(2)内管失稳变形挤压外管变形；下，外管承压超出其材料的高温强度，最后导致外管(3)内管失稳导致外管超温而膨胀变形。膨胀变形。由于急冷锅炉的使用周期很短，外管材料的高温蠕变根本达不到如此之大的变形量，因而可以排除参考文献高温蠕变导致膨胀的可能性。如果是内管失稳变形挤[1]古大田，方子风．废热锅炉[M]．北京：化学工业出版社，压外管变形，外管的形状应该变为椭圆形，而根据炉2002．管外管的直径测量数据，直径两个方向的尺寸差别不[2]汪辉；周昌玉．乙烯裂解炉炉管失效故障树分析Ⅲ．石油化大，而且内管失稳变形

7、的环套空间足够，因而也可工设备，2007，36(4)：56—59．以排除内管失稳变形挤压外管变形的可能性。那么，[3]张忠政，巩建鸣，梁华，等．高温高压临氢服役炉管安全性炉管外管膨胀的原因就只剩下内管失稳导致外管超评定[J】．石油化工设备，2010，39(3)：12—15．温而膨胀变形的可能性了J。【4]王泽军．锅炉结构有限元分析【M]．北京：化学工业出版社，根据前面的模拟分析，内管变形以后在内外管2005：l03—104．距离最近的区域，由于此处的流速变