甲醇转化炉对流段翅片管失效的原因

甲醇转化炉对流段翅片管失效的原因 甲醇转化炉对流段翅片管失效的原因 设备失效分析石油化工腐蚀与防护2001,18(2)?14? 甲醇转化炉对流段翅片管失效的原因 王琪吴宏宋五一 洛阳石油化工工程公司设备研究所(河南省洛阳市471003) 徐国照张在春 中国船舶重工集团公司七院第七二五研究所(河南省洛阳市471039) 摘要:用扫描电镜,x射线能谱仪,x射线衍射仪对四川维尼纶厂甲醇转化炉辐射段炉管,对流段翅片管, 断裂翅片和脱落残片及现场收集的氧化物等进行了组织,断口形貌,焊接情况的观察,并进行了成分和结构 结果证明为炉内超温导致炉管开裂,翅片断裂及脱落. 定性分析. 关键词:炉管辐射段对流段翅片管高温开裂 四川维尼纶厂甲醇转化炉辐射段炉管,采用 HK40离心铸造管,最高使用温度1100?,对流段 翅片管管材采用1Crl8NigTi,翅片材料采用 1Cr25Ni20Si2板材,对流段最高使用温度为800.c. 在试车点火,烘炉,吹扫,充氮后4o多个小时,发现 炉况不正常而停炉.检查发现:2OO根辐射段炉管 (HK40离心铸造管)有52根纵向开裂,其余鼓包, 全部报废失效;对流段翅片管,第一组(高温 变形, 段)3排中两排管(20根)两端横向开裂,翅片有开 裂及部分脱落.现场收集了一截辐射段HK40铸 管,一段对流段翅片管,翅片及落地残翅片,对流段 灰黑色氧化物以及可能为散落地上的钎焊料.为 此,进行甲醇转化炉对流段翅片管失效分析. 1分析方法 由现场收集的一截辐射段HK40铸管取样进 行化学分析.用扫描电镜观察对流段翅片管开裂 处断口形貌.由现场收集的翅片,落地残翅片,用 扫描电镜观察翅片材料组织,管焊接处组织及焊接 情况.用x射线能谱仪对焊缝开裂处,焊缝和焊 接热影响区等进行成分分析.用x衍射仪对收集 的氧化物粉末进行结构定性分析. 2分析结果 2.1对流段翅片管开裂原因 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1示出辐射段HK40铸管试样化学成分分 析结果.表明所用的HK40铸管化学成分符合标 准要求. 肉眼观察辐射段HK40铸管开裂的裂纹方向 为沿纵向开裂,从裂纹处掰开,用扫描电镜观察裂 纹处断口形貌.观察表明:断口上可见高温造成的 氧化色彩,而且其形貌呈现晶界断裂特征(见图 1).在晶界上存在cr的碳化物(见图2),说明开裂 是高温影响的特征. 表1辐射段HK40铸管化学成分% 在对流段翅片管上截取翅片与管子焊接处制 备试样,横向磨取金相试样进行焊接情况观察.图 3是管子与两个翅片的焊接处;图4是焊接处放大 图,可看到钎焊焊料有熔化现象(见图4中右下 角),钎焊料与基体有些地方已分离,对该处用x 射线能谱仪进行定点分析表明,主要含T?,cr,s等 元素(见表2),这些是钎焊焊料中的成分.图5是 图3上面的翅片焊接处,图6是图5该处的放大 图,可见有些地方已无焊料.对该处用x射线能 谱仪进行定点分析表明,主要含cr的氧化物及硫 化物和少量残留的钎焊焊料妇,T?等(见表3),说 明由于烟气温度过高,导致该处钎焊料二次熔化, 第2期王琪等甲醇转化炉对流段翅片管失效的原I 钎焊料流失,并且使基体表面高温氧化.图7是图 6下面处的翅片,可见焊接结合保持良好,焊缝的 焊料仍保持完好.表4是』何X射线能谱仪在焊缝 处分析的结果,表明主要食舷,h,cu,zn等元素, 是焊料的主要成分.对两边基体金属观察表明无 组织长大倾向,说明该处翅片及焊接处正常.这是 由于该处翅片相对远离高温区的影响,翅片受烟气 冲刷也小,受温度影响较小的缘故. 图l晶界断裂 图2晶界上铬的碳化物 图3管子与翅片焊接处 图4焊接处放大图 表2图4钎焊料射线能谱仪成分分析 9641 KV=25.n叫'=001K0f=28+0 BKG1叮1=421lKGP1="5 N0Sr 16一APR一96 CONCEMRlO W】%A1'_%S.E.% SK7991962352 ^gL0000000? ln1.70.78485【17t CrKl8.3227.742加 FeB.2934.13901 100 图5图3上面的翅片焊接处 图6图5的放大图 6石油化腐蚀与防护 图7图6下面处的翅片 表3图6钎焊料x射线能谱成分分析 KV=25'不=00rK0n=28O BKG盯【=】6J]KCP您=】27 N l6一APR一96 C0NCE1RnON SK lnL CTK FeK r% t6.93 l29 l68 7282 728 SE% 4l9 317】 o5 】35 666 表4图7钎焊料X射线能谱成分分析 KV=25TII3=0OrKOFF=280 BKCPTI=2OBKC1712=175 NOST 】6一m一96 CONCKN']']ION W%r.% SK008024 AgL63675452 lnLl0.69860 CrK019034 K077l27 QIK674979 ZnK17862524 】00.00 S+E% 9039 【1y] 5】6 4986 】4口 3l【 】73 2.2翅片分析 2.2.1开裂翅片分析 由开裂翅片沿横向截取试样磨制成金相样品 在扫描电镜下进行观察.图8为开裂翅片观察结 果,可见翅片裂纹由内测向另一测(外测)扩展,形 成许多横向微裂纹.裂纹长短不,但方向都基本 第18巷 平行内管内表面的横向裂纹,而且靠近内壁微裂纹 多图9为,些徽裂纹的放大图.由X射线能潜仪 对裂纹处分析表明,般多存在f见表5),明 是焊料已熔化m渗人裂纹所致.由裂纹前沿观察 可知,先在氧化的占占界处形成微裂纹(地图l()). 表6为图_l裂纹处用x射线能谱仪分析的结 说明这些微裂纹首先在品界析铬的碳化物处一 生..从图】2叫以看出翅片基体怠侧品粒长人 (与目13删比j,且已氧化,表面黑槲也.由此推 断已受到超过900,95O以上温度的影响,而且观 察多个开裂翅片均为如此,说明翅片内侧连接处受 到过热影响. 图8开裂的翅片 图9微裂纹的放大图 表5图9裂纹处X射线能谱成分分析 KV=2517l1r=00I'KOFF=280 l_KG}】l=20BKCl12=】75 29一^1^l{一96 ('ONCE】R?ON Ag[ CTK nK W% 9573 】55 272 oo(" % 9【88 202 504 S% l69 【S02 【【22 ??的l-旧M 第2期手琪等t醇转化炉对流段趟片管失效的胍-17 图】0先在氧化的晶界处形成的徽裂纹 图Il裂纹处 图12翅片基体金属一侧晶粒长太 表6图11裂纹处X射线哉谱成分分析 KV:25_『1?=00'IXOVT=280 BKCm=2.2BKGP=17.5 Nosr 29一M^J{一96 CONCEl_HrloN CrK FeK K W.% l87J 1398 3952 2779 J?D0 m% 1088 1657 4359 29l6 SE% 374 227 J46 2J] 2.2.2未开裂翅片分析 末开裂翅片一般都远离中心温度区,观察结果 表明与开裂翅片夫不?样.图I3为翅片与管子焊 接处一删,表明晶粒设有长大及氧化现象,也没自 发现微裂纹.图14为该处翅片中心组织,图I5为 管子基体组织,表u月组织都没有多大变化,组织都 无长大倾向.说明远离高温区金属的组织及焊接 处都处于正常状态. 图l3翅片与管子焊接处一侧组织 图l4翅片的中心组织 图15管子基体组织 23对流段中灰黑色氧化物的分析 用X射线衍射仪,对在对流段中的灰黑色氧 (下转第42页) 42石油化工腐蚀与防护第18卷 汽吹扫. (3)管束涂装完毕后在吊运,安装过程中,涂层 易遭破坏,在检修过程中要特别注意. (4)涂料对底材处理要求较高,而喷砂处理对 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 技术,工期及气候的依赖性很强,在有些情况 下很难达到这一要求(特别对旧管束而言) (5)对于操作温度在1(30?(不论管程或壳程) (上接第17页) 化物进行结构定性分析.表明主要是Fle104,这是 高温中生成的氧化物. 2.4散落钎焊料分析 对散落在地上的粉末(认为可能是钎焊料)用 X射线能谱仪进行面扫描分析,结果表明没有发现 ,而主要是含Na,AJ,sj,P,Fe,ca,Ti,S等元素(见 表7),这些都是尘土,氧化物及焊剂的残留物. 表7散落在地上的钎焊料x射线能谱成分分析 3号 KV=25T=0.01.K0}下:28.0 BI以Pfl:28BKCm:I75 (汀 】5一APR一% C0Cr0N wT%AT.% 】90426t4 AIK】5】842 K】l5713? PKl448】475 SK485478 KK3.昭309 C攫899708 l?K584372 MnK8.10351 K9.755.5】 1?.00 3对流段翅片管,翅片开裂的原因 31开裂原因分析 由于炉内温度过高,大大超过 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 温度是造成 对流段翅片管开裂的主要原因.炉内温度可能超 过1200~C(短时),这可从辐射段HK40铸管沿晶界 开裂,材料氧化严重,主要成分Fe304氧化物等得 到验证. 辐射段HK40铸管200根中有52根沿纵向开 裂,且辐射段HK40铸管最高使用温度为ll00~C, 因此在辐射段炉内温度肯定达到1100~C以上.辐 射段HK40铸管是垂直排列在辐射室内,并且是高 以上的水冷器管束,可采用TH一901涂层防护. (6)涂料虽是防止水冷器水侧腐蚀的较好措 施,但要彻底解决水侧的腐蚀问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,还应从循环水 本身的治理上下工夫. 参考文献 1化学l:~lk部化I2~)L械研究院主编腐蚀j防'r_丁册化学』.业 出版社1989(收稿日期:2OO0一】1—24) Ni,cr奥氏体钢,它的热传导性差,热膨胀系数小, 对温度影响敏感.铸管脆性大,在高温影响下受到 热膨胀的影响,即铸管受热后要向管侧周围膨胀并 伸长,即管子在X,Y方向都要伸长.管子两头固 定而受束,伸长也受到约束,在不正常高温下,很高 的热膨胀力就撕裂了金属,而造成纵向开裂. 对流段翅片管,采用的是1Crl8Ni9Ti奥氏体不 锈钢,韧性好,热膨胀系数较大,且对流段较辐射段 温度低,其最高使用温度在800~2,在超过设计温 度下工作,且两端固定,热膨胀力在两端表现为拉 应力,其超过材料承受能力而拉裂,因此形成管两 端的横向开裂. 根据现场的具体情况来看,对流段翅片管第一 组3排30根翅片管中,高温区两排20根全部是两 端管子开裂,第三排10根未出现开裂现象,第二组 及其以上低温段炉管也未有开裂现象,这就进一步 证明,炉内温度过高是造成对流段翅片管两端开裂 的主要原因. 3.2翅片开裂产生的原因 由图8,12,13表明翅片一侧受热很高,另一侧 受热低.这是由于一侧是高温烟气进入向直接受 热,另一侧是背向,相对受热温度低.又由于烟气 温度进入温度不正常,大大超过了设计温度,此时 加热炉温度超过900~C以上,使翅材晶粒长大,氧 化,在产生的热应力超过材料强度的情况下,首先 在该处产生裂纹.同时由于烟气温度大大超过设 计温度,致使焊接处焊料熔化,熔化的焊料就沿着 微裂纹渗入而形成了图10,11的结果.也由于部 分翅片受热,温度过高,致使焊料已熔化,而造成翅 片从焊管上脱落. 4分析结论 综合上述分析:甲醇转化炉炉内温度超温是导 致对流段翅片管开裂,翅片产生裂纹和脱落的主要 原因. (收稿日期12000—04—01) ?坶剞?船挖挖晒 . 322?432332