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。

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。

制氢转化炉HP40炉管开裂失效分析

针对某企业制氢转化炉HP40炉管开裂失效事故 ,从材料成分、能谱、电镜等方面进行分析 ,认为Cl-应力腐蚀是引起炉管开裂失效的原因。

服役劣化HP40Nb炉管模拟焊接热影响区的显微组织和拉伸性能

通过焊接热模拟,研究了服役劣化HP40Nb制氢转化炉管热影响区的显微组织和拉伸性能。结果表明:服役劣化炉管的奥氏体晶界上存在粗大、连续的G相和富铬M_(23)C_(6)碳化物;在峰值温度(11001200℃)下热循环后,析出相仍主要为G相和M_(23)C_(6)碳化物,二者含量随峰值温度升高而减少;当峰值温度升至1250℃时,析出相主要为M_(23)C_(6)和NbC相;在较低峰值温度(9501050℃)下所得热影响区试样的抗拉强度和断后伸长率均较低;峰值温度高于1100℃时,抗拉强度和断后伸长率总体上均随温度的升高而增大,且在1150℃及以上时,抗拉强度满足未服役HP40Nb合金的强度要求,但伸长率远小于标准要求。

过热对HP40Nb炉管微观组织和力学性能的影响

将铸态HP40Nb合金在1050,1100,1150℃下分别热处理了100 h和200 h,模拟炉管在实际服役过程中的过热情况。使用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对原始材料和过热材料进行了微观组织表征和物相分析,并对碳化物的含量和形态进行了定量分析,此外还测试了过热前后材料的室温和高温拉伸性能。结果表明,HP40Nb合金原始铸态组织中的析出相为M_(7)C_(3)和NbC,过热后材料的组织为M_(23)C_(6)和NbC。过热材料晶内弥散分布了大量二次碳化物;过热温度越高,晶界和晶内的碳化物粗化程度越高。随着过热温度的升高,HP40Nb合金的室温抗拉强度和屈服强度呈现先增大、后减小的趋势,室温延伸率呈现先急剧减小、后缓慢减小的趋势,高温屈服强度和抗拉强度逐渐减小,高温延伸率逐渐增大。晶内二次碳化物的含量和晶界碳化物的粗化程度是影响HP40Nb合金力学性能的重要因素。

长期高温服役后HP40Nb钢炉管的组织及剩余寿命

利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、拉伸及冲击试验机等对服役15a的制氢转化炉中HP40Nb钢炉管的显微组织和力学性能进行了研究,依据高温持久试验结果估算了炉管剩余寿命。结果表明:长期高温服役后,炉管钢组织中晶界粗化并有G相析出,晶内二次碳化物析出明显,近内壁、近外壁和基体中均出现蠕变孔洞,近内壁和近外壁发生氧化和贫铬,外壁形成脱碳层;与原始铸态炉管相比,长期高温服役后炉管的室温抗拉强度降幅超30%,高温抗拉强度降幅约18%,室温冲击功下降明显,剩余寿命不足1a。

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。

制氢转化炉炉管失效国内情况调查及建议

介绍了国内公开报道的制氢转化炉HP40Nb和HP40炉管失效(包括异常)形式、原因以及炉管剩余寿命的评估方法。通过对实际案例的分析,提出了操作和监测建议。

时效处理对离心铸造高温合金炉管HP40Nb的组织影响

本文采用OEM和XRD对经过1050℃不同时效时间处理的离心铸造高温合金炉管HP40N进行了分析,分析结果表明:HP40Nb炉管基体组织为奥氏体,析出的主要碳化物为Cr23C6和Nb C。随着时效时间的增加,Cr23C6碳化物析出量明显增加,其形态由骨架状变为网链状。而Nb C碳化物随着时效时间的增加其析出量和形态几乎不发生变化。

离心铸造耐热合金炉管HP40Nb的焊接

本文分析了离心铸造耐热合金炉管HP40Nb的焊接性,采用手工TIG平焊(水平位置,管子匀速转动)。打底焊采用英国Metrode公司生产的20.70Nb焊丝,填充焊时采用安泰科技股份公司生产的25-35Nb焊丝的焊接工艺,焊接了外径为125mm,壁厚为11mm的HP40Nb炉管对接接头,并对焊接接头的组织和力学性能进行了分析,分析结果表明焊接接头质量和性能满足要求。

新旧HP-Nb炉管焊接后的剩余寿命

制氢转化炉炉管局部发生失效后,采用局部更换炉管失效段的方法可以延长整根炉管的使用寿命。采用微观组织分级法、硬度测量法以及Larson-Miller参数法对某厂新旧HP-Nb炉管焊接后的剩余寿命进行综合评价,结果表明新旧炉管焊接后的剩余寿命约为45000h,蠕变断裂将发生在旧炉管的母材上。

制氢转化炉炉管服役后的安全性分析

针对已服役近50 000 h的制氢转化炉炉管,分析了炉管的硬度、壁厚、蠕胀与金相组织,并与炉管运行近25 000 h的性能和已有的研究结果进行比较。结果表明炉管的硬度、壁厚、蠕胀等性能参数均在正常范围内。炉管组织的晶粒没有发生明显的长大,碳化物仍呈弥散分布状态。相对于运行25 000 h炉管的组织,仅发生了碳化物长大与部分晶界粗化。除少量超温炉管有蠕变孔洞外,正常运行的炉管的损伤程度为Ⅱ级,对应的服役寿命损耗在总寿命的20%范围内。

HK40炉管焊缝抗蠕变裂纹扩展能力的试验

在全面分析已服役１０ａ的ＨＫ４０炉管损伤状况的基础上，研究了ＨＫ４０炉管母材和焊接接头的蠕变裂纹扩展速率，评价了这两种不同部位抗蠕变裂纹扩展的能力。结果表明：在长期正常的运行中，特别是服役后期，下部炉管焊缝中的蠕变裂纹扩展较母材快，微观组织损伤和焊缝中的应力集中是致使焊缝蠕变裂纹扩展较快的两个重要因素。

长期高温服役CO转化炉炉管的损伤

采用光学显微镜和扫描电子显微镜,对长期高温服役CO转化炉炉管材料HP40Nb合金进行微观组织的观察和相组成的能谱分析,并在900℃条件下对炉管材料的高温力学性能进行测试。结果表明:在长期高温服役过程中,炉管已受到一定程度的损伤。HP40Nb合金晶界上存在单个和链状的蠕变孔洞及微裂纹,沿晶分布的骨架状共晶碳化物逐渐发生分解,形成蠕虫状和块状碳化物,基体中弥散析出二次碳化物。在相演变过程中,部分碳化铌(NbC)转变成富含Ni、Nb、Si的脆性G相(Ni16Nb6Si7),G相转变过程中释放出的C元素与Cr元素结合,使得晶界处的富Cr碳化物(M23C6)数量不断增加并粗化长大。微观组织的改变、G相的形成和晶界处新析出M23C6碳化物的增加,导致材料的高温力学性能发生变化。

制氢炉管失效分析

制氢转化炉HK 40合金离心铸管腐蚀为高温熔盐 (Na2 SO4 )热腐蚀 ,除灰剂是造成炉管严重热腐蚀。

在役HP40Nb与P11异种钢焊接接头缺陷修补

本文分析了转化炉炉管HP40Nb与过渡段管P11异种钢焊接接头在使用过程中缺陷产生原因。在修补前进行了焊接工艺评定试验,并对NB/T 47014中弯曲试验项目进行了论证。在焊接修补时采取了特殊的工艺方法保证焊缝返修一次合格。最后建议在设计阶段将过渡段P11改为TP321更适合生产使用。

高温炉管服役过程中的显微组织和硬度变化及其损伤评价

通过对比服役不同时间后HP40Nb炉管轴向截面不同位置与外表面打磨至一定深度处的组织和硬度变化,分析利用复膜金相技术与现场硬度测试来评估在役炉管损伤的可行性。结果表明:在高温下服役较长时间后,炉管轴向截面不同位置的组织,尤其是碳化物形貌差异较明显,甚至会因超温而出现孔洞,导致炉管发生早期失效;服役炉管轴向截面不同位置处的硬度差异较大,越靠近壁厚中心硬度越高,与组织变化规律相符;打磨炉管表面,测定一定深度处的硬度,当硬度持续稳定时,可用该深度处的组织来表征炉管大部分的组织,这验证了复膜金相技术和现场硬度测试用于评价服役HP40Nb炉管组织损伤的可行性。

制氢转化炉炉管HK40组织性能及剩余寿命评估

制氢装置转化炉炉管HK40经过45000小时运行焊缝便发生穿透裂纹，焊缝破裂是否意味着炉管母材也将发生提前失效。通过多种手段对炉管进行了分析。并在此基础上进行了剩余寿命评估。对今后正常生产具有指导意义。