一段转化炉高温炉管剩余寿命评估.pdf

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第37卷第2期
石油
设备
Vol. 37
2
2008年3月
PETRO-CHEMICAL EQUIPMENT
Mar. 200
经验交流
文章编号:1000-7466(2008)02-0073-05
段转化炉高温炉管剩余寿命评估
王小辉,刘钓泉
华南理工大学工业装备与控制工程学院腐蚀防护与表面工程研究所,广东广州510640)
摘要:对满载荷服役9a又停炉6a后需继续使用的一段转化炉高温炉管的剩余寿命进行了评估,
评估采用徽观组织分级法和以硬度测量为基础的多元回归法。结果表明,该炉管的剩余寿命约为
关键词:转化炉;炉管;背散射电子技术;硬度;剩余寿命;评估
中图分类号:TQ054.4;TQ050.
文献标志码:
Residual Life Evaluation of High Temperature Tubes in Primary Reformer
WANG Xiao-hui, IIU Jun-quan
(Corrosion Control and Surface Engineering Research Institute, College of Industrial
Equipment and Control Engineering, South China University of Technology
Guangzhou 510640, China)
Abstract: The tubes have served for 9 years under full loading, they would be going on being re
used after 6-year-shut-down, and as client demands, their residual life evaluation will be taken
with the methods of microstructure ranking and multiple regression based on hardness testing, the
result indicated that residual life of servicing high-temperature tubes was about 3.7--4.6 years
Key words primary reformer; tube; back scatter electron technology; hardness; residual life
evaluatlon
某公司制氢转化炉由原合成氨装置的一段转化
到2000年因设备转产停用时HP-Nb炉管已满
炉局部改造而成。该炉是双排侧烧式竖琴管工业负荷服役9a。2006年,因生产需要该设备在停用
炉,其290根转化管材质原为进口HK-40合金管,6a后重新投用。考虑到炉管曾长期运行在苛刻的
1990年全部更换为HP-Nb离心铸造高温合金管。高温高压环境中,服役过程中材料会发生蠕变、渗
HPNb炉管属奥氏体钢,C、Cr、Ni元素的质量分碳、热疲劳、过度氧化、腐蚀以及可能超温引起的损
数很高,见表1。HIP-Nb炉管的设计条件为,设计压伤等,这些因素可使材料性能劣化,导致炉管的实际
力3.8MPa,设计温度900℃,工作温度820℃。其使用寿命小于设计寿命而出现早期失效。为保证安
制造验收标准为 ASTM A351/A.351M-1986,HP-全生产,在该炉重新投用前必须对炉管的剩余寿命
Nb炉管的室温力学性能为Rm>450MPa,o.2>
进行评估。文中简要介绍对炉管剩余寿命进行评估
230MPa,A>8%。
的情况。
收稿日期:2007-10-09
作者简介;王小辉(1980-),女,湖南娄底人,硕土研究生,从事安全技术及其应用研究。
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石油化工设各
008年第37卷
表1HP-Nb炉管化学成分
%
元素
Nb
P
Pb
质量分数0.35~0,45
0.70
5023.00~27,0032.00~37.000.60~1.00≤0.03≤0.03≤0.01
与表1对比可见,炉管成分除C元素的质量分数稍
化学成分分析
高之外,Cr、Ni、Nb元素和有害的P、S、Pb元素的质
对炉管试样进行化学成分分析的结果见表2。量分数均符合要求
表2服役9a停用6a后的HP-Nb炉管化学成分
元素
Mn
P
质量分数
0,48
1,28
34.72
0.79
0.006
0.007
<0,001
2剩余寿命评估
由于式(1)中使用的显微硬度为维氏硬度,所以
需要把测试到的洛氏(HRC)硬度转化为维氏(H
在上述炉管的6个不同部位各取1个试样(试硬度,按保守计算,选取所测数据中硬度最低点为
样序号依次为1~6#)进行实验,其中1#、3#和6.17MPa,转化为维氏硬度约为180MPa。对于服
5试样在同一轴线上,取样部位为正对喷火嘴的向役的HP-Nb材料,检测出碳质量分数为0.48%,炉
火面,3#、5=试样与1试样的距离分别为600mm管温度为820C,承受压力为3.8MPa。
和1200mm(与喷火嘴的竖直距离)。2试样位于
炉管在工作时的最大环向应力为2
1试样的轴对称面(即背火面),4=、6-试样分别位
[1+(R/r)2
于3、5“试样的轴对称面。
(R/r)
2.1多元回順法评估剩余寿命
式中,か为内压,MPa;R为炉管外径,r为炉管内
多元回归法评估剩余寿命以硬度测量为基础,径,mm
硬度变化在某种程度上反映了长期高温下炉管微观
根据式(2)可得本例的a示向=16MPa。考虑到
织受到损伤的程度,硬度的高低能够反映二次碳化实际运行中的不确定因素,取1.5倍的安全系数计
物的粗化程度,二次碳化物越粗大,硬度越低,持久算,可以得出炉管在内压和温差作用下的环向应力
强度越低。晶内二次碳化物的粗化程度(即硬度)与为24MPa。将上述各数值代入式(1)计算可得到
材料的化学成分(主要是碳元素)是影响炉管剩余寿gx=4.5061974,1=3.7a
命的主要因素。由硬度预测材料剩余寿命的公式2.2微观组织分级法的剩余寿命评估
表示为:
材料长期在高温、应力和环境共同作用下,微观
g4=-36.005255-3.32371g0-1.7857ga+组织会发生变化,也会出现某些物理性损伤。这些
0.2139Hv-0.000514H、2+-5,2527v+
不良的变化包括金相组织变化、碳化物析出以及出
86827.74874X(4.574T)
现蠕变孔洞等。可以综合组织变化和蠕变损伤发生
式中,为炉管管壁环向应力,Pa:t为剩余寿命,h;的程度来预测炉管的剩余寿命。微观组织分级法预
Hv为显微硬度,MPa;o为碳元素的质量分数,%
测炉管剩余寿命的指标为:①I级。没有孔洞产
T为使用温度,K。
生,一次碳化物沿晶呈条状析出,二次碳化物在晶内
采用洛氏金属硬度计(HIR150-A型)对1“~6#弥散分布,但在晶界附近呈现聚集状态,对应的已服
试样进行硬度检测