高温工况下制氢转化炉管系结构力学性能与寿命预测

本研究针对制氢转化炉在高温工况下管系结构的力学性能与寿命问题,采用有限元方法进行静力学和热-机耦合分析,结合基于蠕变损伤的寿命预测模型,提出了多场耦合效应的寿命预测方法。结果表明,热态工况下管系的最大等效应力为287.58 MPa,局部应力满足材料强度要求。考虑多场耦合效应后预测的炉管寿命为11.09×10^(4)h,与实际运行数据的误差低于3%,验证了模型的准确性与可靠性,从而为制氢转化炉的安全运行和维护提供了理论指导和技术支持。

制氢转化炉管损伤状况分析与剩余寿命预测

对某石化企业6．5万m^3制氢装置服役6年3个月、服役温度910℃的制氢转化炉管开展了蠕变损伤状况分析和剩余寿命预测工作。采用直读光谱仪、原子吸收分光光度计、光学显微镜、扫描电镜、室温拉伸试验机和高温持久试验机等设备开展了试验研究。结果表明，经过6年多服役，炉管外壁出现约300pm的氧化铬层，内壁出现约50μm连续分布的氧化铬层和30μm沿晶界分布的氧化硅层，内壁氧化层以下出现约150μm的贫铬区；奥氏体晶界分布着断续链状或块状的M23C6和G相（Ni16Nb6Si7），晶内析出大量细小的二次碳化物；炉管局部有蠕变空洞，未见蠕变裂纹。结合试验温度700～920cC、试验应力42—100MPa的高温持久试验，采用L—M外推法，预测在管壁温度910℃稳定运行条件下炉管剩余寿命约为2年。

HP40Nb离心铸造制氢转化炉管缺陷分析

对制氢转化炉管常见的裂纹、气孔及表面夹渣等缺陷进行了分析。从工装准备、喷涂、熔炼等具体操作等方面提出了改进措施。

离心铸造制氢转化炉管HP40Nb缺陷分析

对制氢转化炉管常见的裂纹、气孔缺陷进行了理论分析,从工装准备、涂料制备及喷涂工艺上提出了改进措施,有效预防了炉管的横向裂纹及气孔缺陷。利用EMPA1600电子探针和波谱仪对炉管表面的夹渣物进行了定性和定量分析,认为夹渣主要为炉渣和合金元素的氧化物,还存在Nb的严重成分偏析,并从冶炼和浇注工艺上提出了改进措施。

制氢装置转化炉管的强度计算

采用两种计算方法对制氢装置转化炉的HP40Nb材质的炉管进行了强度计算。计算表明,采用平均应力公式计算完全能够满足设计、使用要求,且计算简单方便。通过计算证实,转化炉管受温差应力影响最大,如何稳定运行工况,提高操作水平,是延长转化炉管使用寿命的关键。

转化炉管的软密封技术

转化炉管受热后膨胀,伸出炉顶的转化炉管长度比冷态时大约增长0～230 mm,炉管需要隔热保温防止热量散失,炉顶管孔需要密封以防止冷空气侵入。硬密封无法满足炉管热胀冷缩的动态密封保温要求,可能导致热量损失及炉顶漏风、卡阻炉管自由伸缩等问题。软密封技术是解决问题的最佳方法。详细介绍了乙烯裂解炉的阻气袋技术、美国Flextech工程公司的FlextelTM转化炉管软密封套技术和中石化洛阳工程有限公司转化炉管软密封套专利技术,并分析了各自的优缺点。阻气袋中的耐高温密封布需从国外独家引进;FlextelTM软密封套随炉管冷缩后二次热胀自动再伸展能力不足;中石化洛阳工程有限公司的专利软密封套结构简单可靠,经济适用,可以随炉管自由伸缩。

转化炉管失效分析

某厂转化炉炉管仅运行一段时间就发生开裂,造成经济损失,因此,有必要对失效炉管进行全面的分析。通过化学成分分析、宏观及微观显微组织分析、X射线衍射分析以及常温、高温力学性能分析等,对转化炉炉管进行失效分析。结果表明,炉管材料失效的主要原因是蠕变开裂,而超温是导致蠕变发生的直接原因,原设计的有效厚度不足是造成炉管爆裂先天性根本原因。

制氢转化炉管服役过程中组织性能研究

研究了制氢转化炉用25Cr35NiNb+微合金炉管服役过程中组织演变及其对性能的影响。采用场发射电子显微镜(FE-SEM)对炉管微观组织进行表征,并通过室温拉伸试验机和高温持久试验机对炉管的力学性能进行测试。结果表明,初期服役过程中,晶界骨架状碳化物粗化,向链状转变,NbC向G相(Ni16Nb6Si7)转变,晶内析出二次碳化物。随着服役时间延长,二次碳化物在晶界聚集,晶界碳化物继续粗化至块状;炉管服役过程中抗拉强度和屈服强度逐渐降低,断后伸长率显著下降;服役8年的炉管,高温持久断裂时间较未服役炉管下降了约90%。

制氢转化炉管的设计与制造

介绍影响制氢装置转化炉管高温性能的因素及其对策 ,从设计条件和制造要求两个方面讨论了如何提高炉管的高温性能 。

HK40转化炉管的金相分析及寿命预测

一段转化炉管是我国引进和建造的一批合成氨装置的关键设备之一，材料为HK40，工作压力30～36kg／cm^2，工作温度约900℃，工作条件较苛刻，设备寿命为10万h，但有些影响炉管寿命的因素很难控制，诸如炉管的铸造质量，受热不均，意外停车等都会造成寿命的缩短，因此，多数炉管实际使用寿命仅为设计寿命的2／5～3／5。

制氢装置转化炉管超温和转化催化剂结炭的分析

针对制氢装置转化炉管超温和催化剂结炭两个问题，从多方面进行了分析。提出了如何从工艺角度和生产方面来克服这两个问题的一些改进意见。

制氢转化炉管蠕变裂纹的涡流阵列检测

制氢转化炉炉管由于长期在高温高压条件下运行常因蠕变损伤导致炉管失效。通过对转化炉管样管和实际使用炉管的涡流阵列检测试验,结果表明涡流阵列检测技术可在不进行表面打磨及无藕合剂的情况下快速、准确地对炉管进行检测。通过对缺陷信号的幅值和相位进行分析,可判定缺陷的相对大小。

制氢转化炉管裂纹产生原因分析及在线措施

大庆石化公司化肥厂合成氨装置制氢转化炉采用凯洛格工艺,2008年新更换炉管外伸段材质均采用ASME标准中的A312-TP304H牌号奥氏体不锈钢,在运行2a后外伸段母材出现泄漏。国内多套装置的同类型炉管外伸段材质为A312-TP304H或接近的A312-TP321H系列牌号,投用2a左右陆续在炉管外伸段母材上发现穿透性裂纹,裂纹产生位置高度相似。通过对炉管进行失效分析,查找裂纹产生原因,提出在线延缓裂纹发展趋势的保温措施。通过检修期中的检测分析验证了上述失效分析的合理性,通过几个运行周期的连续监测,确认了在线措施的可行性。

HP40Nb制氢转化炉管离心铸造气孔缺陷分析及防治

本文简要介绍了制氢转化炉管的组成、工况及制造技术条件,在施工的过程中容易产生气孔,并且对常见气孔缺陷的形成进行了分析,从涂料及生产工艺上提出了改进措施,基本解决气孔缺陷,工艺改进后炉管的气孔明显减少,顺利完成生产任务。

热底型一段转化炉管自由端保温技术

一、概述我厂年产30万吨合成氨装置中的一段转化炉是国内自行设计和安装的。

蒸汽转化管内壁瘤状物组成与形成机制研究

在一根天然气制甲醇蒸汽转化炉管内壁某位置发现瘤状物,不仅突出于内壁还向炉管内部生长,导致炉管性能受到严重影响。针对此罕见现象,文章采用光学显微镜,扫描电子显微镜和能谱仪等手段对该瘤状物的组织和成分进行观察分析。结果表明:瘤状物的本质为Cr与Fe的氧化物,与基体之间存在不同于常规氧化物的过渡区,且在瘤状物内部观察到许多富碳的疏松结构。推测瘤状物的形成机制与还原-氧化相互共同作用有关。

制氢装置转化炉炉管检测及材质劣化分析

针对某石化公司制氢装置转化炉炉管长周期服役的问题,采用爬壁超声检测、宏观检测、金相检测、硬度检测、渗透检测等方法对炉管进行测试,结合炉管缺陷产生的原因综合分析,认为制氢转化炉炉管整体已处于蠕变劣化损伤后期,部分炉管可能已过渡到蠕变劣化加速期,炉管高温性能向不稳定状态发展,转化炉管材料的高温持久强度、塑性等性能有较大程度降低,材料脆性增大,推测该批炉管已处于寿命后期。转化炉炉管检测结果的综合分析,对评估在役炉管的安全服役状况具有一定的参考价值。