FAILURES AND THE LIFE OF FURNACE TUBES

It is showed after the furnace tubes serviced for 8-10 years that the density of damage in the HAZ (heat affected zone) of the weld has higher than in parent metals, though the depth of damage is not equal to. By the test of creep crack growth, it is also acquired that under same mechanic parameter C* (t), the rate of creep crack growth in the HAZ is more than twice as fast as in parent metals. Two mechanisms (overheating and thermal shock) of failure occurred in an accident are presented. The stress of thermal shock is analyzed, in which the change of the elasticity modulus with the radius ET = /(r) is considered. Based on it, the safety region of the thermal shock is obtained. Finally, two sets of curves for the safe life are suggested which can facilitate to estimate the remaining life of HK-40 or HP-Nb tubes by their creep rupture data.

合成氨单元开工加热炉炉管开裂失效分析

为了查明合成氨单元开工加热炉炉管发生开裂失效的原因,采用多种检测方法对失效炉管进行了分析。根据裂纹形貌分析、材质化学成分分析、金相组织分析和裂纹填充物能谱分析等结果可以得出,失效炉管两处开裂的原因分别是湿硫化氢破坏和异种金属混入,炉管上部外壁的密集蚀坑则是由烟气硫酸露点腐蚀所致,基于炉管失效原因分析,提出了针对性的预防措施。

气体裂解炉炉管失效原因分析与防护

某石化企业乙烯装置循环气体裂解炉多次出现炉管堵塞、弯头减薄穿孔和炉管鼓胀变形开裂等故障,给装置安全平稳运行造成严重影响。通过对炉管进行宏观及低倍分析、尺寸检查、化学成分分析、金相分析、扫描电镜分析及力学性能等检测发现:炉管在长期高温环境下服役时,因局部过热造成炉管的管壁组织严重劣化,管壁的高温强度下降,出现蠕变空洞并发展成蠕变裂纹,最后造成炉管管壁鼓胀、开裂和失效。针对失效主因提出防止炉管发生超温和对裂解炉进行定期清焦等防腐蚀建议。

钨铝合金化的改进型乙烯裂解炉管1150℃条件下的模拟渗碳行为研究

为探究钨铝合金化的改进型乙烯裂解炉管27Cr44Ni5W3Al+MA在1150℃条件下的渗碳损伤情况,采用粒径1.5~3 mm的固体渗碳剂,针对27Cr44Ni5W3Al+MA炉管开展1150℃条件下50,100,150,200 h的固体渗碳试验。采用C-S分析仪和OM,SEM,EDS,XRD及维氏硬度计等对渗碳前后炉管进行成分、组织及性能分析,研究炉管渗碳行为。结果表明:从铸态至渗碳200 h时,炉管内壁1 mm范围内平均碳浓度由约0.5%增长至饱和碳浓度2.2%左右;渗碳时间由50 h增至200 h,炉管内壁渗碳层厚度由800μm增至2860μm,渗碳层由内向外依次为严重渗碳区、中度渗碳区及轻微渗碳区,其宽度分别由400μm增至1920μm、100μm增至140μm、300μm增至800μm。从铸态至渗碳200 h,碳化物平均宽度由2.0μm增至3.5~13.0μm,面积分数由5.6%增至13.6%~34.9%;原始铸态复相碳化物外部的小块状M_(23) C_(6)逐渐粗化呈链块状,然后转变为岛块状M_(7)C_(3)及岛块中间的颗粒状WC,内部片层状M_(7)C_(3)部分转变为小块状M_(23) C_(6),并与外部M_(23) C_(6)聚集连接后转变为M_(7)C_(3),剩余部分片层状M_(7)C_(3)逐渐粗化聚集成块状M_(7)C_(3)。原始铸态炉管硬度值约为304.0HV10,渗碳200 h后,由距内壁4 mm处至1 mm处,硬度值由386.7HV10增至504.0HV10。本文还就27Cr44Ni5W3Al+MA合金炉管的渗碳行为和渗碳过程中碳化物演变机理进行了讨论。

乙烯裂解炉管抑制结焦涂层技术的研究进展

乙烯裂解炉管的结焦速率决定了乙烯裂解炉的运行周期,抑制炉管结焦是乙烯生产中的研究重点。介绍了炉管内表面结焦对乙烯生产的不良影响及结焦形成的机理;重点分析了炉管内表面涂层技术(在线涂层技术和离线涂层技术)的研究现状,并对在线涂层技术与离线涂层技术的优缺点进行了分析和比较;展望了炉管内表面涂层技术的发展前景及今后研究的重点。

Cr25Ni35Nb和Cr35Ni45Nb裂解炉管的抗高温渗碳能力

以Cr25Ni35Nb和Cr35Ni45Nb合金为炉管材料对象,通过渗碳试验研究了高温(1 000和1 100°C)下2种合金的渗碳动力学规律,采用金相和扫描电子显微镜观察分析其中Fe、Cr、Ni与Nb元素含量和渗碳层变化、组织结构及微区成分转变的情况,并对其抗渗碳能力进行分析.结果表明:Cr35Ni45Nb的抗渗碳能力比Cr25Ni35Nb更强;经2次渗碳后,2种合金试样出现了表面渗碳层剥落的现象,且Cr25Ni35Nb较为严重,并使得裂解炉管结焦而管壁变薄,从而降低了炉管的承载能力和服役寿命;合金的非渗碳层区域析出了大量弥散的碳化物,碳化物的密度随渗碳层与试样表面距离的增加而降低;在1 100°C下,2种合金的骨架状组织形态消失,且晶界处碳化物出现了剥离.

硅铬复合氧化物抗结焦涂层的制备及其性能

采用化学气相沉积法在裂解小试装置的裂解炉管内制备了硅铬复合氧化物抗结焦涂层。通过裂解结焦实验、元素分析和SEM方法对硅铬复合氧化物涂层在裂解炉管内的分布规律、抑制结焦能力和抗高温冲击能力以及涂层对烯烃收率的影响进行了研究。在裂解炉管内沉积硅铬复合氧化物涂层时,炉管入口沉积的涂层中含有较多的氧化铬,中间段的涂层主要为硅铬复合氧化物,而出口的涂层含氧化硅较多。所制备的涂层前期结焦抑制率可达90%,在第14次评价周期后,结焦抑制率仍保持在80%以上。硅铬复合氧化物涂层能耐受1 000℃的热冲击,具有较好的牢固度,并对乙烯、丙烯和丁二烯收率的影响不明显。

对多起乙烯裂解炉HP型炉管失效原因的分析总结

裂解炉炉管是乙烯生产装置关键设备乙烯裂解炉的核心部件,承受高温复杂环境所引起的各种损伤。某大型石化企业在近年连续发生数起因HP型(Cr25Ni35和Cr35Ni45)炉管失效引起的裂解炉故障,影响了乙烯装置的安全、长周期运行。采用金相分析、扫描电镜、能谱分析等多种手段,对这几起故障的表现特点和失效原因进行了分析。分析结果表明,炉管在高温下长期运行造成的渗碳、蠕变等损伤以及高温硫腐蚀是造成这几起HP型炉管失效的主要原因。

含静态混合元件乙烯裂解炉管内流场的数值模拟

采用计算流体动力学(computationalfluiddynamics,CFD)的方法,计算了含静态混合元件炉管内的流场.数值模拟结果表明,采用静态混合元件的乙烯炉管中流体的混合被强化,从而强化了传热.根据其数值模拟的速度场,提出了一种基于速度分析的CFD结果评价方法,定性和近似定量地演绎了工程测试的数据,使计算模型和数值模拟结果在实验中得到了验证.该方法可望在同类流体的研究中推广应用.

扭曲片管强化传热技术在裂解炉中的应用

对扭曲片管强化传热技术在裂解炉上的应用进行了模拟和试验。结果表明,扭曲片管影响下游的距离为50～60倍直径。扭曲片管应用于裂解炉时,炉管压降增加20%～30%,管壁温度下降至少20℃,处理量增加7%,且对裂解炉的正常操作无不利影响。

硅基复合氧化物抗结焦涂层的组分选择

采用化学气相沉积法在裂解炉管内表面沉积纯硅、硅铬、硅铝或硅铈的氧化物涂层,对涂层进行了SEM和EDS表征,并对其抗结焦性能进行了评价。实验结果表明,纯硅气相沉积得到球状颗粒氧化硅涂层,并含有大量C元素杂质;硅铈气相共沉积得到含有较少C元素的球状颗粒氧化硅涂层;硅铬气相共沉积可以减少涂层中的C元素,得到均匀致密的氧化硅涂层;硅铝气相共沉积后裂解炉管表面只有部分覆盖氧化硅涂层。硅铬氧化物涂层在6周期的石脑油水蒸汽热裂解评价中,结焦抑制率保持在80%以上。

乙烯裂解炉管运行失效研究及焊接修复

乙烯裂解炉管由于服役环境恶劣,长时间运行后容易产生破损需要进行修复,但在焊接修复时极易开裂,为了找出其易开裂的原因,本文用扫描电镜和金相显微镜观察分析了HP40Nb乙烯裂解炉管服役前后的组织性能变化,并通过热力学计算对试验结果进行分析,找出了焊接性能恶化的原因,并制定热处理工艺改善其焊接性.结果表明:长时间服役后,炉管析出相为M23C6、M7C3和MC相,析出相严重长大粗化,沿晶界呈链状分布,使材料塑性几乎为0,这是导致焊接易开裂的主要原因;通过热处理改善碳化物的分布形态,可以有效提高旧管的塑性和焊接性;通过热力学计算得出,当基体中固溶的Cr质量分数大于10%时,为M23C6的析出过程,基体固溶的Cr质量分数小于10%时,为M7C3的析出过程.

基于风险的乙烯裂解炉炉管失效概率分析

乙烯裂解炉炉管是裂解炉的关键部件,它的失效会带来火灾爆炸等严重后果。根据蒙特卡罗方法和美国石油学会的API581中的风险分析理论,对某石化公司的乙烯裂解炉炉管的失效概率进行了定量分析和计算。通过两种方法的结果比较看出,应用蒙特卡罗方法分析计算在蠕变和渗碳的相互作用下炉管的失效概率随着运行时间增加而不断增加;而应用API581中基于风险检验方法计算炉管在蠕变失效下的年失效概率,由于未考虑渗碳失效,所得到的失效概率相对于利用蒙特卡罗方法计算的失效概率要低。

乙烯裂解炉管焊缝腐蚀原因分析

针对中国石化3家百万吨乙烯企业采用加氢尾油原料时乙烯裂解炉管焊缝腐蚀泄漏问题开展了试验室解剖分析、腐蚀模拟试验、流场模拟研究工作。结果表明,腐蚀部位主要位于25Cr35NiNb材质的入口管下部焊缝处,发生腐蚀焊缝大多采用Inconel 82焊丝焊接,腐蚀速度快,呈烧蚀状,一般几天至几个月;该腐蚀为选择性腐蚀,腐蚀严重部位发生穿孔,沿腐蚀边缘有一层致密氧化层,氧化层与基体之间或局部优先沿晶腐蚀的晶界上含硫元素,腐蚀产物中含S,Cl,Na等元素;推断成分为镍基或者高镍材质焊缝处发生的乙烯裂解炉管腐蚀泄漏是由熔盐腐蚀导致的,熔盐成分主要为Na_2SO_4+NaCl。此外,还就如何避免或者减缓该类腐蚀提出了建议。

乙烯裂解炉管渗碳损伤磁滞检测方法的影响因素研究

针对乙烯裂解炉管渗碳损伤的磁滞无损检测方法开展试验研究,主要分析渗碳层厚度、裂纹缺陷、微观组织及结焦等因素对磁滞检测结果的影响规律。通过开展渗碳、金相观察、矫顽力检测及高温力学性能测试等试验研究和对比分析,建立了渗碳层厚度、碳化物宽度、材料高温力学性能等与矫顽力的关系。研究结果显示,磁滞检测方法可以有效检测渗碳层厚度,并反映炉管材料的脆化程度。

含扭曲片乙烯裂解炉管内流场的数值模拟

基于网格生成法,采用计算流体力学对含扭曲片的乙烯裂解炉管内强化传热的流场(流速、压降和阻力损失)进行了数值模拟,并分析了扭曲片的扭曲比对流场的影响。结果表明,流体流经扭曲片的切向速度迅速增大;流出构件后,切向速度沿轴向逐渐变小,而沿径向逐渐增大。在管径方向存在1个轴向速度等于整个截面平均轴向速度的点。管内总压降及扭曲片局部压降均随雷诺数增大而增大,不随管径变化而变化。管内平均阻力系数与雷诺数呈线性关系,随着雷诺数增大而变小;扭曲片局部阻力损失随着雷诺数的增大而迅速增大,随管径减小而增加。扭曲比对管内流场有影响,较佳的取值范围为2.4～2.6。

裂解炉炉管基于风险的检验

管式裂解炉炉管受炉内高温及管内介质压力的共同作用,易发生蠕变等现象,因此,对裂解炉炉管进行风险评价尤为重要。应用API 581基于风险的检验规范对炉管的失效可能性及失效后果分别进行定量计算,并由此得到裂解炉炉管的定量风险结果和基于风险的检验周期,为裂解炉的风险控制与管理提供依据。

乙烯裂解炉的结焦及其抑制技术

介绍了乙烯裂解炉的结焦机理(金属催化结焦、自由基结焦和焦油聚合结焦)、影响结焦的主要因素(原料性质和裂解深度、稀释蒸汽、停留时间和裂解温度)和抑制炉管结焦的主要技术(裂解原料的优质化、炉管表面处理和添加抑制剂),着重综述了近几年国内外炉管表面处理技术的研制情况和添加抑制剂技术的进展及其工业应用情况,提出炉管表面处理技术的工业应用有待发展和突破,结焦抑制剂的发展方向是复合的多功能抑制剂。

乙烯裂解炉管抗结焦氧化物的研究

采用速热分解法制备了多种氧化物,并考察了氧化物催化焦炭和水蒸气发生气化反应的能力。采用热重分析仪、红外分析仪和湿式流量计,得到了反应过程中试样的质量变化和反应的焦炭量,筛选出具有良好的催化焦炭和水蒸气发生气化反应的氧化物BaCe_(0.8)Y_(0.2)O_3,并对其进行了XRD和XPS表征。多次循环实验结果表明,BaCe_(0.8)Y_(0.2)O_3具有良好的稳定性,且多次反应后BaCe_(0.8)Y_(0.2)O_3的晶型和元素价态变化不大。在以乙烷为原料的压片结焦评价实验中,BaCe_(0.8)Y_(0.2)O_3氧化物压片只有少量结焦,抗结焦性能较好。

我国乙烯裂解炉辐射炉管的使用状况

通过对中国石化10家乙烯企业开展乙烯裂解炉管使用情况调研,归纳出我国乙烯裂解炉管的主要失效模式和失效机理。经调研可知,导致我国乙烯裂解炉管失效的主要原因是蠕变和渗碳,炉管失效是由炉型结构、裂解原料、炉管、炉管焊接件与静态浇铸件质量、生产运行中的问题以及安装等多种因素导致的。本调研凸显出我国乙烯裂解炉管使用寿命短的严峻问题。