影響一段轉(zhuǎn)化爐管使用壽命的原因分析

1.一段轉(zhuǎn)化爐概況

一段轉(zhuǎn)化爐是合成氨裝置的關(guān)鍵設(shè)備，爐管是轉(zhuǎn)化爐的重要組成部分。原料經(jīng)脫硫后與蒸汽混合，在轉(zhuǎn)化爐對(duì)流段預(yù)熱至500℃后進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐管，在鎳催化劑和高溫條件下進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)。爐管在900攝氏度的壁溫和2.1兆帕的壓力下連續(xù)運(yùn)行。同時(shí)受到管內(nèi)介質(zhì)和管外高溫?zé)煔獾那治g。工作條件很差。爐管采用高鉻鎳合金鋼（25-20離心鑄造），不僅投資大，而且資源匱乏。因此，延長(zhǎng)爐管的使用壽命對(duì)一級(jí)轉(zhuǎn)爐的使用具有重要意義。

影響爐管使用壽命的因素

2.1蠕變損傷

當(dāng)金屬溫度上升到一定溫度點(diǎn)時(shí)，雖然應(yīng)力保持不變，但初始應(yīng)變也是一個(gè)很小的彈性應(yīng)變。隨著時(shí)間的推移，材料結(jié)構(gòu)的劣化逐漸產(chǎn)生蠕變空洞和蠕變裂紋。金屬會(huì)緩慢而連續(xù)地變形，是不可逆的塑性變形，最終導(dǎo)致斷裂。HK-40離心鑄造管在高溫下的蠕變損傷特性與普通鑄造耐熱鋼相似。

當(dāng)管子局部過(guò)熱時(shí)，會(huì)引起蠕變加速和持久強(qiáng)度急劇下降。管的直徑增大，管的厚度減小，從而使蠕變擴(kuò)展速度相應(yīng)加快。這將導(dǎo)致管子變紅或局部出現(xiàn)紅點(diǎn)，從而導(dǎo)致管子破裂。另一方面，轉(zhuǎn)爐內(nèi)外溫差產(chǎn)生熱應(yīng)力，爐管內(nèi)壓引起的工作應(yīng)力和自重應(yīng)力也隨應(yīng)力增大而增大，蠕變應(yīng)變速度加快。

2.2爐管局部過(guò)熱

通過(guò)對(duì)換流管壁溫的監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，HK-40換流管的使用壽命與溫度密切相關(guān)。隨著壁溫的降低，其使用壽命顯著延長(zhǎng)，而當(dāng)長(zhǎng)期保持較高的壁溫時(shí)，其使用壽命顯著降低。在過(guò)去，爐管的大部分損壞部分在距爐頂2-7米的范圍內(nèi)。裂紋均為軸向裂紋，均朝向燃燒器。裂紋是在高溫下產(chǎn)生的。當(dāng)換熱管在高溫下使用時(shí)，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，奧氏體組織中細(xì)小的彌散碳化物逐漸增多，聚集，碳化物直徑隨溫度的升高而減小，時(shí)間較長(zhǎng)。鋼的蠕變強(qiáng)度隨碳化物聚集量的增加而降低，這些碳化物又硬又脆，是裂紋或裂紋的成因。

通過(guò)改變爐管的化學(xué)成分，提高了爐管的耐高溫性能和抗蠕變性能。目前，我國(guó)已開(kāi)發(fā)出一些新型的改性合金，如HK-40VH和HP40NB。其性能明顯優(yōu)于HK-40爐管。