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炼油厂制氢炉不同损伤级别炉管的微观组织评价摘要：制氢转化炉是一种比较特殊的外热式列管反应器，具有强吸热及高温的特点，催化剂装在转化炉管内，在炉膛内加热，反应介质通过炉管内的催化剂床层进行反应。
炉管既具有反应器的特点，又具有压力容器的特点。
转化炉作为制氢装置的核心设备，操作条件比较苛刻，在炉子结构、炉管材料、管路系统支撑、管路系统压力、管路系统膨胀及补偿、燃烧、烟气流动及分配、耐火材料等方面都有较高的要求。
关键词：制氢转化炉微观组织评价扫描一.概况制氢转化炉投资大、能耗高，转化炉管同时具有外取热反应器和压力管道的双重特点，其运行效率和安全性直接影响到制氢装置的运行。
在转化炉内不同部位的转化炉管的损伤状况、辐射温度受制氢炉结构和转化炉运行情况的影响而有所不同[1- 2]，。
国内先后开展了制氢转化炉炉管长期服役后损伤评价[3]、制氢转化炉管损伤状况分析与剩余寿命预测[4]、制氢转化炉炉管服役后的安全性分析[5]等，取得了一些的试验数据，解决了炉管寿命和完整性评价中的一些问题。
在这些关于转化炉管性能的研究中，只是针对某一段损伤炉管进行性能试验研究后进行炉管的寿命预测和完整性评价，未对不同损伤级别的转化炉管分别进行性能试验工作，未分析和研究不同损伤炉管性能特点，无法对不同损伤级别的炉管进行评价和整台转化炉完整性的评价工作，这些问题一直困扰着科研人员。
为此，收集不同损伤级别、运行时间不同的转化炉管开展微观组织、常规性能、高温持久强度等性能试验工作，分析、归纳其性能变化特征，为转化炉炉管性能评定、寿命预测和转化炉完整性评价提供试验收据和理论依据。
本文对炉管的扫描微观组织进行试验研究，为炉管寿命预测提供数据。
至于炉管常规性能、高温持久强度等性能试验工作，在随后的文章中进行论述。
二.转化炉概况2.1 某企业的制氢转化炉根据TeChnip公司工艺包进行基础设计及详细设计，于2009年9月投用。
转化炉辐射段炉管共有 252根，分6列垂直排列，每列42根，规格为ID110×14，材质25Cr35NiNb-MA，每根炉管中心间距为290 mm，炉管总长为 12930 mm，有效加热长度为12000 mm，设计温度960 ℃。
一段炉转化管裂纹分析【摘要】本文介绍了一段炉转化管的设备概况，分析转化管不同部位产生裂纹的原因及机理。
【关键词】转化管晶界焊接接头裂纹应力烧嘴1 一段炉设备情况自贡鸿化公司合成氨厂新系统一段炉是用于以天然气为主要原料，进行加压、水蒸汽转化，生产合成氨的关键设备。
一段炉工艺气设计入口温度510℃，出口温度800℃，设计工艺负荷为8200m3/h 天然气，正常时炉膛负压控制在—100pa左右。
一段炉由箱式炉体和对流段两部分组成。
一段转化炉属于顶烧炉，45个烧嘴分5排均布于炉顶。
一段炉转化管采用hk—40，管径规格φ124×11mm，长12172mm，有效加热长度9372mm，材质为zg4cr25ni20，装填镍系转化催化剂，共80根。
转化管在炉顶4排并列安装，炉顶烧嘴产生的热量通过辐射方式传给转化管。
烧嘴的燃烧气由两部分组成，一种是天然气，一种是来自回收单元的废气。
两种气体混合后预热到150℃后进入烧嘴燃烧。
自1989年投产以来，一段炉转化管一直运行稳定，从2003年起，操作工巡检时发现，转化管的变形加剧，同时转化管在炉膛的颜色变亮，2003年和2004年都发生了转化管爆管现象，随后从2005年起，分3批次更换了29根转化管。
从拆除的发生转化管爆管的转化管检查发现，转化管爆管多发生在距炉顶2～7m，一部分在此区域的焊缝发生裂纹。
2 转化管直管段及焊接接头处损伤2.1 直管段从使用后的转化管分析可以发现：转化管先在晶界，特别是树枝状晶界上形成孔洞，逐渐连成裂纹并沿晶界发展。
铸钢在结晶时，晶界碳化物处会出现夹杂物。
转化管最开始出现裂纹的位置正是在晶界夹杂那里、σ相组织和碳化物与基界交界处。
进程为：先形成蠕变孔洞。
转化管的损伤过程与原铸造组织及钢种成分、使用条件有关。
在正常工况下，这个过程不会在较短的时间内完成。
从直管段处损伤状况看，从纵向看，在高温时在内、外壁温差大的区域首先破裂，裂纹是沿轴向方向发展；从管子的横截面看，距内表面约1/3～1/4壁厚处先产生损伤，裂纹在横截面上是径向的发展，与主应力相垂直。
一段转化炉下集气管局部超温原因分析监控及预防措施一、转化炉下集气管局部超温原因分析转化炉下集气管局部超温可能由以下几个原因引起：1.转化炉操作不当：转化炉操作人员不熟悉操作规程，操作失误导致局部超温。
例如，操作过程中未按规程控制炉温，未及时调整燃烧参数等。
2.转化炉工艺不合理：转化炉下集气管的设计不合理，导致流体的流动不畅，局部形成阻塞，进而产生局部超温。
3.转化炉运行条件不稳定：转化炉运行中，可能会出现燃烧状态不稳定、热能分配不均等情况，使得转化炉下集气管部分温度过高。
4.材料问题：转化炉下集气管材料的抗高温性能不足，无法承受工作温度，导致局部超温。
二、转化炉下集气管局部超温监控方法为了及时发现和解决转化炉下集气管的局部超温问题，可以采用以下监控方法：1.温度传感器：在转化炉下集气管上设置多个温度传感器，监测不同部位的温度变化。
通过连续记录温度数据，定期进行数据分析和比对，可发现是否存在局部超温情况。
2.红外热像仪：使用红外热像仪进行无接触式的温度监测，能够快速、高效地扫描转化炉下集气管的整个表面，发现可能存在的局部超温区域。
3.压力传感器：安装在转化炉下集气管上的压力传感器，可以监测管内的压力变化。
当压力异常升高时，可能是由于局部超温引起的，需要及时检修。
4.运行数据监测：通过远程监控系统实时监测转化炉的运行数据，包括温度、压力、燃烧状态等参数。
当数据异常时，可通过分析确定是否存在局部超温问题。
三、转化炉下集气管局部超温的预防措施为了预防转化炉下集气管局部超温问题的发生，可以采取以下措施：1.加强操作培训：转化炉操作人员应接受系统的操作培训，熟悉操作规程，掌握正确的操作方法，提高操作水平。
2.定期维护检修：定期对转化炉下集气管进行维护检修，清除积炭、杂质等，保持管道通畅，防止局部阻塞引发超温。
3.改善工艺设计：根据实际情况，改善转化炉下集气管的工艺设计，增加支承、散热等措施，提高管道的耐高温性能。
［收稿日期］２０２０ ０４ １２ ［修稿日期］２０２０ ０５ ０６［作者简介］李洪海（１９７３—），男，山东曹县人，工程师。
一段转化炉炉管弯曲变形原因分析及预防措施李洪海（中国石油天然气股份有限公司塔里木油田石化分公司，新疆库尔勒 ８４１０００）［摘 要］中国石油天然气股份有限公司塔里木油田石化分公司４５０ｋｔ／ａ合成氨装置２０１４年起发现一段炉炉管开始弯曲变形及颜色变亮，且一段炉出口气甲烷含量逐年升高，２０１５年更换一段炉转化催化剂，２０１８年时一段炉炉管弯曲变形等情况更加严重，２０１９年初部分一段炉炉管出现热斑，炉管表面温度接近或超过设计温度。
２０１９年冬季装置停车检修时再次更换了一段炉转化催化剂，并对弯曲变形较严重的１０根炉管进行了更换。
本次检修过程中，据一段炉炉管设计布局特点，并结合炉管外壁温度检测结果，对一段炉炉管弯曲变形的原因进行分析，在此基础上提出了调整部分烧嘴热负荷和加强工艺管理的措施。
优化调整措施落实后，一段炉运行状况良好，各项工艺参数均控制在了设计指标范围内。
［关键词］合成氨装置；一段转化炉；运行状况；炉管弯曲变形；原因分析；烧嘴热负荷调整；工艺管理措施［中图分类号］ＴＱ１１３ ２５＋４ ［文献标志码］Ｂ ［文章编号］１００４－９９３２（２０２１）０１－００３４－０４１ 概 述一段转化炉（一段炉）为气头合成氨装置的核心设备，其投资大、维护难度高，一旦出现问题影响面广，一段炉转化管（简称炉管）是一段炉内的关键部件，维护好一段炉尤其是一段炉炉管的运行意义重大。
中国石油天然气股份有限公司塔里木油田石化分公司（简称塔石化）合成氨装置设计产能为４５０ｋｔ／ａ，采用丹麦托普索传统蒸汽转化工艺，蒸汽转化过程在３ ９ＭＰａ压力条件下进行，转化系统原料气水碳比为３ ０４（摩尔比）。
较高的转化压力可有效节省系统总压缩功，而较低的水碳比既能保证装置的长周期、安全、稳定运行，又可降低系统能耗。
塔石化合成氨装置一段炉采用侧烧式，设置２个南北走向的辐射室：北端鼓风机（Ｋ２０２）提供一段炉燃烧所需的空气，燃料气由辐射室南端东侧送入分配至各排烧嘴；南端设置烟气对流段，预热相关的预热盘管内的介质，烟气经热能回收后由引风机（Ｋ２０１）抽出排入烟囱。
石化企业制氢转化炉炉管可靠性分析发布时间：2021-07-28T09:37:18.513Z 来源：《中国科技信息》2021年9月上作者：付鑫[导读] 在计算方法上，主要通过对炉管结构在高温下环向应力计算和强度评价，以及局部管系结构的数值模拟，对失效情况与剩余寿命进行计算。
而对转化炉炉管的失效率、可靠度、平均寿命、最优运行温度、最佳检查维修间隔时间等内容研究较少。
胜利油田石化总厂付鑫山东东营 257000摘要: 在计算方法上，主要通过对炉管结构在高温下环向应力计算和强度评价，以及局部管系结构的数值模拟，对失效情况与剩余寿命进行计算。
而对转化炉炉管的失效率、可靠度、平均寿命、最优运行温度、最佳检查维修间隔时间等内容研究较少。
基于炉管失效数据概率模型，计算单个炉管可靠度，利用炉管系统可靠性框图，计算并绘制炉管系统可靠度曲线，并以年平均利润为目标进一步确定最优的炉内运行温度，依据Nakagawa的研究确定最佳的检查维修间隔时间，这些参数对提高炉管的长周期运行能力及全寿命服役安全管理具有指导意义.关键词: 石化企业；制氢装置；制氢转化炉；长周期运行；全寿命服役制氢转化炉是石化企业制氢装置的核心设备，工作压力0。
49～3。
9MPa，工作温度850～1000℃，介质为原料烃、水、H2、CO、CO2、CH4等。
每一个转化炉上都装有上百根充满催化剂的炉管，炉管是转化炉的核心部件，是催化作用下化学反应的场所，同时炉管也是转化炉中承受温度较高的部位。
甲烷和蒸汽在高温下经过这些炉管就可以产生氢气。
炉管通常由离心铸造的合金钢(铬、镍、碳)焊接而成。
炉管的价格昂贵，占了制氢转化炉总费用较大的比例。
目前，对于转化炉管发生的高温可靠性分析及寿命预测，主要从微观材料实验、理论计算与数值模拟三个方面开展了不同程度的研究。
在制氢转化炉管材料的试验方面，主要集中在不同服役阶段的材料组织演变、或者某一服役阶段的材料组织性能分析等方面，提出炉管工作中应注意的操作事项和温度限制范围。
2010年8月第5卷 第3期失效分析与预防A u g u s t ,2010V o l .5,N o .3[收稿日期]2010年5月16日 [修订日期]2010年7月10日[作者简介]吴国昌(1964年-),男,工程师,主要从事炉管的生产和管理方面的研究。
一段炉转化炉管的组织性能分析与评估吴国昌1,丁晓非2,3,袁远镇4,万淳敏1,罗加宝1(1.四川华源高温炉管有限公司,成都610300;2.大连理工大学,大连116023;3.大连海洋大学,大连116024;4.贵州赤天化工股份有限公司,赤水564707)[摘 要]采用化学成分分析、着色渗透探伤分析、电子探针分析、显微组织分析、力学性能及高温持久性能分析等方法,对大型合成氨一段炉竖琴管排运行1.0×105h 的转化管进行综合分析和评估。
结果表明:转化管化学成分符合技术要求,宏观组织正常,显微组织形态良好,内外表面轻微腐蚀;经高温持久性能在L-M 曲线中拟合外推,该管的剩余寿命远大于2.2×104h ;炉管虽使用1.0×105h 满足了工艺要求,但壁厚太大,影响热效率,同时内径小,限制了触媒和流量;因此,为提高效率,建议在今后的设计中采用性能较好的材料Z G 50N i 35C r 25N b M 。
[关键词]转化管;微观组织;腐蚀;力学性能[中图分类号]T E 963 [文献标志码]A d o i :10.3969/j .i s s n .1673-6214.2010.03.006[文章编号]1673-6214(2010)03-0155-05A n a l y s i s a n d E v a l u a t i o n o f M i c r o s t r u c t u r e s a n d P r o p e r t i e s o f C o n v e r s i o n T u b eW UG u o -c h a n g 1,D I N GX i a o -f e i 2,Y U A NY u a n -z h e n 3,W A NC h u n -m i n 1,L U OJ i a -b a o1(1.S i c h u a nH u a y u a n H i g h -t e m p e r a t u r e F u r n a c e T u b e C o .,L t d .,C h e n g d u 610300,C h i n a ;2.D a l i a nU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ,D a l i a n 116023,C h i n a ;3.D a l i a n F i s h e r y U n i v e r s i t y ,D a l i a n 116023,C h i n a ;4.C h i t i a n C h e m i c a l C o .,L t d .,G u i z h o u ,C h i s h u i 564707,C h i n a )A b s t r a c t :C o m p r e h e n s i v e a n a l y s i s a n de v a l u a t i o n o f a c o n v e r s i o nt u b e i n a l a r g e a m m o n i a s y n t h e s i z e d a p p a r a t u s w a s c a r r i e d o u t a f t e r s e r v i c e f o r o n e m i l l i o n h o u r s b y c h e m i c a l c o m p o s i t i o n a n a l y s i s ,e l e c t r o n m i c r o p r o b e a n a l y s i s ,c o l o r p e n e t r a t i o n t e s t i n g a n a l y -s i s ,m a c r o a n d m i c r o s t r u c t u r e a n a l y s i s ,r o o m -t e m p e r a t u r e a n d h i g h -t e m p e r a t u r e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n a l y s i s a n d h i g h -t e m p e r -a t u r e d u r a b l e p r o p e r t y a n a l y s i s .T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e c h e m i c a l c o m p o s i t i o nm e e t s t h e t e c h n i c a l r e q u i r e m e n t s ,t h e m a c r o a n d m i c r o s t r u c t u r e s a r e n o r m a l ,a n dt h ec o r r o s i o n o f i n n e r a n do u t e r s u r f a c ei s s l i g h t .T h e r e s i d u a l l i f eo f t h et u b e i s m u c hg r e a t e r t h a n 2.2×104h o u r s b y f i t t i n g e x t r a p o l a t i o n o f d u r a b l e h i g h t e m p e r a t u r e p r o p e r t y i n t h e L -Mc u r v e .A l t h o u g h H K 40,t h e m a t e r i a l o f t h e f u r n a c e t u b e ,m e e t s t h e t e c h n o l o g i c a l r e q u i r e m e n t s ,b u t t h e t h i c k e r w a l l a f f e c t s t h e t h e r m a l e f f i c i e n c y .A t t h e s a m e t i m e ,t h e s m a l l e r i n t e r n a l d i a m e t e r l i m i t s t h e c a t a l y s t a n d f l o w .S o Z G 50N i 35C r 25N b M i s a g o o dc h o i c e f o r i n c r e a s i n g e f f i c i e n c y i n t h e f u t u r e d e s i g n .K e y w o r d s :c o n v e r s i o nt u b e ;m i c r o s t r u c t u r e ;c o r r o s i o n ;m e c h a n i c a l p r o p e r t y0 引言大型合成氨装置是生产化肥的重要设备,也是保证我国粮食生产的基础工业设施。
大型合成氨装置中的一段转化炉管是其中的核心设备,其设计寿命为1.0×105h 。
当设备经1.0×105h 运行后,其炉内主要构件的状态即组织状态、性能状态等处于何种程度,对于大型合成氨装置的设计、制造和使用等方面都有重要的参考价值。
它可以为改进和优化设计提供依据,为生产制造企业找出制造中需要改进的环节,为使用单位保证高效、安全、长期的运行提供参考,因此,对一段转化炉辐射段中竖琴管的各构件(上升管、转化管、下集气管和连接管座)在运行1.0×105h 后,分别进行解剖、测试和分析,本文主要分析其中的转化管状态。
转化管材料牌号为H K 40(Z G 40C r 25N i 20),失效分析与预防第5卷规格为114.3m m×18.6m m,设计压力为3.5M P a,工作压力为3.3M P a,最高壁温为932℃,最高工作温度为850℃,介质入口温度为510℃,出口温度为850℃。
对9支转化管进行检查分析,每支转化管由3节管段组焊成(由上至下为A、B、C节段)。
1 试验过程与结果1.1 表面渗透检测和尺寸测量经渗透检测检查,9支炉管外表面没有发现裂纹等缺陷,横截面包括焊缝检查也未发现裂纹等缺陷(图1)。
对转化管A、B、C节段进行内外径和壁厚测量,用十字垂直交叉法检测,结果见表1,可见,外径稍大于名义尺寸。
在制造新管时有2m m的正公差和0.8m m的粗糙层,实测值略大于名义尺寸,说明使用1.0×105h后其腐蚀氧化层厚度小于1m m。
实测内径远小于设计值,内径的负公差为-1～0,说明制造时超过了设计公差,壁厚也比名义尺寸大很多。
转化管各段在宏观尺寸上没有蠕胀的现象。
1.2 化学成分分析对转化管的3节离心铸管分别进行化学成分图1 转化管截面渗透探伤结果F i g.1 P e n e t r a t i o nt e s t i n g r e s u l t s o f c o n v e r s i o nt u b e分析,结果见表2,可见,其化学成分符合H K40技术要求。
经1.0×105h高温使用后,其合金元素的分布见图2。
化学成分结果表明:N i、F e元素分布在奥氏体基体中,C、C r元素在碳化物和基体中,未发现F e、C r元素集中的σ相。
1.3 宏观组织分析转化管的宏观组织正常状态下为外层柱状晶、内层等轴晶,或全部为柱状晶。
经检查,实际炉管除100%柱状晶之外,都是由柱状晶和等轴晶组成的宏观组织,只是两者的比例有差别,大约在5∶5～9∶1之间,宏观组织正常(图3)。
表1 尺寸及蠕胀测量结果T a b l e1 S i z e a n dc r e e p i n gi n f l a t i o n m e a s u r i n g r e s u l t sS a m p l e O D/m m I D/m m Wa l l t h i c k n e s s/m mN o m i n a l S i z e114.377.118.6As e g m e n t114.7114.971.070.821.321.421.421.5 Bs e g m e n t114.4114.372.872.920.420.520.620.7 Cs e g m e n t114.5114.870.870.421.621.721.621.7表2 转化管的化学成分分析结果(质量分数/%)T a b l e2 R e s u l t s o f c h e m i c a l c o m p o s i t i o n a n a l y s i s f o r c o n v e r s i o nt u b e(m a s s f r a c t i o n/%)E l e m e n t C S i M n P S C r N i M o P b S b S nF eAs e g m e n t U p0.4490.940.640.0120.01724.0521.670.036<0.002<0.0030.002b a l.D o w n0.4760.960.640.0110.01724.2321.910.035<0.002<0.0030.001b a l.Bs e g m e n t U p0.4410.950.630.0110.01724.0321.830.036<0.002<0.0030.001b a l.D o w n0.4450.990.640.0110.01624.0421.630.035<0.002<0.0030.001b a l.Cs e g m e n t U p0.4730.990.640.0120.01724.1121.580.037<0.002<0.0030.002b a l.D o w n0.4500.970.640.0110.01824.0521.590.037<0.002<0.0030.001b a l.H K40S t a n d a r d 0.35～0.45≤1.75≤1.5≤0.03≤0.0323～271～22≤0.50156第3期吴国昌,丁晓非,袁远镇,等:一段炉转化炉管的组织性能分析与评估图2 转化管的合金元素分布F i g.2 D i s t r i b u t i o no f a l l o y i n g e l e m e n t s o f c o n v e r s i o nt u b e1.4 显微组织分析对3节段转化管的上下各取2个部位进行显微组织分析,图4是其中3段的显微组织。
