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制氢装置转化炉受力分析与改进制氢装置转化炉是制取氢气的核心设备之一，其性能直接影响着制氢效率。
转化炉受力分析与改进是提高制氢效率的重要手段之一。
本文将对制氢装置转化炉进行受力分析并提出改进方案。
1.受力情况转化炉在工作过程中受到气体压力和温度的双重影响。
气体在管道中流动时会对管道壁产生一定的压力，转化炉内的气体压力也会导致转化炉壁产生一定的压力。
同时，高温下转化炉内壁受热膨胀的影响也会使其产生一定的应力。
2.应力分析根据力学原理可得，转化炉壁内应力主要由气体压力和膨胀力两部分组成。
(1)气体压力造成的应力当氢气通过管道流动时，其产生的压力会直接作用于管道壁上。
设管道内径为d，压力为p，壁厚为t，则管道内侧壁面所受合力F1为：F1=πd²/4×p壁面受力应变ε1为：ε1=F1/Et其中E为管材弹性模量，t为管道壁厚。
(2)膨胀力引起的应力高温下转化炉内壁受热膨胀，产生的膨胀力也会对转化炉壁产生一定的应力。
设转化炉壁温度变化量为ΔT，线性膨胀系数为α，壁面面积为A，则壁面受力F2为：F2=αΔTA3.应力评估根据受力分析，可得转化炉内壁应力分为两部分：气体压力引起的应力和膨胀力引起的应力。
对于圆筒形转化炉壁，可采用轴对称的应力平衡原理求解。
当壁面处于沿径向的应力状态时，转化炉壁上的应力σ可表示为：σ=(πd²/4)(p+αΔT)/t根据以上公式可计算出转化炉壁受力状态与应力大小，从而为改进提供依据。
二、改进方案1.加强壁面支撑转化炉内壁受到的气体压力和膨胀力较大，若壁体支撑不足，则会导致其变形，使壁体应力增大，加速壁体疲劳寿命的降低。
因此，加强转化炉壁面支撑是一项必要的改进措施。
改进方案一：在转化炉内部设置支撑结构，加强其骨架，防止转化炉壁体过度变形。
采用这种方案可以防止壁面扭曲、折叠和膨胀等问题，从而减少壁面应力，提高转化炉的使用寿命和可靠性。
改进方案二：采用加厚壁体或改变材料等方式增强壁面强度。
制氢转化炉集合管加强接头裂纹原因分析及处理韩玉昌【摘要】中国石化塔河炼化有限责任公司2#制氢转化炉对流室转化原料预热段出口集合管的加强接头出现了裂纹，导致装置紧急停车。
对开裂的炉管进行了有限元分析，分析结果表明：工作时由于炉管与旁边的横梁接触，使加强接头在外壁产生了最大应力，最大应力值为90.3 MPa，此应力高于632℃下材料的许用应力，因此导致炉管开裂。
同时，还对炉管开裂位置的母材进行了金相分析，发现开裂位置的母材晶粒粗大，并有碳析出，导致晶界弱化。
根据应力分析和金相分析结果，对炉管热膨胀定位方式进行了整改，有效地消除了炉管应力。
整改后对裂纹部位进行了打磨、焊接，并在检验合格后再次投用生产。
%Cracks were found on the strengthened joint of the export collection tube in the preheating section for transformation materials of the 2# hydrogen reformer furnace convection cell in Tahe branch. In this paper, the cracked furnace tube was analyzed through finite element method. It was shown that the maximum stress of the strengthened joint was located at the outer wall because of the contact between the furnace tube and the beam beside during the work. The maximum stress was as high as 90.3 MPa, which is higher than the allowable stress of the material at 632 ℃, resulting in the cracking of the furnace tube. At the same time, the metallographic structure of the parent metal at the crack of the furnace tube was also analyzed. It’s found that the grain of the parent metal was coarse, with carbon precipitating out, thus causing the grain boundary weaken. According to the results of the stress analysis and metallographic analysis, the positionmethod for the thermal expansion of the furnace tube was rectified, and the stress of the furnace tube was eliminated effectively. After the rectification, the crack position was then ground and welded. The device was put into service again after passing inspection.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】3页(P1684-1686)【关键词】转化炉;炉管;有限元;金相组织【作者】韩玉昌【作者单位】中国石化塔河炼化有限责任公司，新疆库车 842000【正文语种】中文【中图分类】TQ116中国石化塔河炼化有限责任公司2万标m3/h时制氢装置于2010 年9 月投入运行，本装置是由洛阳院总承包，转化炉对流段盘管是由哈尔滨哈锅工程技术有限责任公司制造，中石化第十建设公司安装施工。
制氢转化炉炉管失效分析发布时间：2021-03-11T14:57:26.320Z 来源：《中国建设信息化》2020年22期作者：魏明孝[导读] 制氢2号转化炉在累计运行3.866万小时后，停工检查发现，处在同一列中的52#、58#、60#、62#共计4根炉管下端出口魏明孝中国石化股份有限公司荆门分公司，湖北荆门 448039一、前言制氢2号转化炉在累计运行3.866万小时后，停工检查发现，处在同一列中的52#、58#、60#、62#共计4根炉管下端出口猪尾管下方大约200～300mm处均出现穿透性开裂，其中58#号破裂成一个洞，52#、60#、62#炉管的开裂部位伴有鼓包。
因此，对炉管安全状况进行评估，找到失效的原因，对该批炉管能否继续使用以及使用过程中应注意的问题，有着重要意义。
二、分析材料根据炉管壁温受热分布和炉管损伤部位，抽取62号一段和58号上中下三段炉管，编号为62#、581#、582#、583#。
见图1~4:1、炉管宏观检查四段取样炉管基本上没有宏观变形，但有椭圆形穿孔，壁厚在11.0～11.4mm之间，与正常部位壁厚基本相同。
62号炉管有环向弦长120mm，轴向长130mm，高度10mm的鼓包，中部有一条长65mm的轴向穿透裂纹，还有30多条从外表面开裂的未穿透裂纹，深度在1～5mm之间，长度在3～15mm之间。
2、炉管截面内外表面着色探伤对分割后的炉管进行机械加工，经喷砂与打磨处理后，对四个取样管段的内外壁均进行了100％着色探伤。
1）外表面对外表面进行了100％的着色探伤。
在取样581外表面发现了不少直径在1～2mm的小凹坑，其中最大的一个凹坑距离下端331mm，距离右剖口223mm，直径2mm。
在取样582外表面发现有一条距离左剖口161mm，距离下端236 mm，长30mm的轴向裂纹,形貌见图6～图7。
图6 582外表面裂纹照片图图7中582外表面裂纹放大照片3、炉管材料性能测试与评价3.1、炉管材料化学成分分析炉管“材质为2535Nb，规格为φ143.6×10.8mm×14074 mm，按照标准HG/T 2601-94制造。
［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。
转炉炉壳热应力的有限元分析目前,钢主要通过转炉生产,炉壳的寿命直接影响钢厂的生产效率和成本,炉壳寿命主要取决于其应力水平.炉壳工作中承受的应力主要是由于热膨胀和温度不均引起的热应力。
通过对包钢210吨转炉炉体在空气自然对流和热辐射条件下热弹塑性应力的多参数耦合非线性二维有限元模拟,并考虑了炉衬和炉壳材料的物性参数随温度变化的特点,研究了该条件下炉体综合热应力分布及变化规律。
标签：转炉;热应力;有限元1 热应力相关问题概述1.1 热应力的概念力和热是自然界和人类生活实践中广泛存在的两种能量表现形式,也是工程机械设备十分常见的能量传递现象。
当物体温度变化时,由于它和不能自由伸缩的其它物体之间,或者物体内部各部分之间相互约束产生的应力称为“热应力”。
换句话说就是由于温度影响而在物体内产生的应力称为“热应力”1.2 转炉炉壳的热应力转炉炉壳是一个倾动的容器属于轴对称旋转薄壳结构。
炉壳是在高温、重载和频繁倾动的情况下工作不仅承受机械力负荷,而且还承受着热负荷,由此在炉壳上产生三种应力:机械应力、热膨胀应力和炉壳温度不均而产生的热应力。
正常情况下,炉体机械应力普遍小于 5.4MPa,仅在三点支撑根部等极少数局部应力集中的区域可达到38MPa。
而炉体的综合热应力一般在150-260MPa范围。
即99%以上的炉壳所受热应力是机械应力的30-50倍。
因此本文忽略炉体机械应力的影响,而只探究稳态条件下炉体综合热应力的分布及变化规律。
1.3 热应力分析方法热应力问题实际上是热和应力两个物理场之间的相互作用,属于耦合场分析问题。
利用ANSYS提供的热应力分析方法中的间接法,先采用常规热单元进行热分析然后将热单元转换为相应的结构单元,并将求得的节点温度作为体载荷施加到模型上再进行结构应力分析,本文选择间接法稳态热分析。
2 转炉炉体热应力模型2.1 有限元模型包钢二炼钢工程210吨转炉,原为美国加洲钢厂二手设备,根据具体结构尺寸建模,离散化实体模型时保证节点空间位置、编号、单元几何性质等与温度模型的一致,以实现热—力的耦合计算。
转化炉炉管检查方法的探讨王 勇（中国石油独山子石化分公司压力容器检验所 新疆 833600）摘 要：本文以甲醇转化炉为例简明阐述了转化炉炉管的损坏形式，并根据日常操作检查和停炉检查方面，对这些检查方法的使用及其局限性作一简要讨论。
关键词：转化炉 炉管 检查方法一、前言对乙烯厂甲醇车间甲醇转化炉的检查共分为三部分：转化炉管组、出口猪尾管和出口集气管。
炉管介质有：对流室：转化触媒；辐射室：混合原料气、锅炉给水、燃料气、原料天然气。
正常操作温度最高为920～960℃，最高操作压力2.5～2.7MPa。
辐射段炉管材质为：HP-Nb；对流段炉管材质为：0Cr18Ni9Ti （混合原料气）、15CrMo（原料天然气、过热蒸汽）、20（锅炉给水、燃料气、原料天然气）。
二、转化管的损坏形式综述转化管的损坏形式，有轴向的蠕变损坏，环向的特别是焊接接头处的损坏，也有氧化、渗碳及铸造缺陷造成的损坏，但由于过热引起的纵向蠕变损坏是主要的损坏形式，占损坏事例的大多数。
1. 蠕变损坏：炉管蠕变损坏的直接原因，绝大多数是炉内超温过热或不均匀温度造成的过热。
由于温度和应力是引起材料蠕变的重要因素，因此当受力管壁过热，往往是局部过热时，就会导致蠕变加速和持久强度的急剧降低。
最终，过热部位因过度蠕变而破裂。
另外，转化管壁内外侧存在温差，从而产生热应力，壁越厚，产生的热应力也越大，特别是开停车时更会产生较大的内应力。
所以转化炉管在运行过程中，不仅内压对蠕变起作用，这种热应力也起很大作用。
炉管由于蠕变断裂而损坏的特征是炉管膨胀、基体碳化物粗化和出现空洞、裂纹。
2.腐蚀损坏：工艺气体介质的腐蚀、氧化和渗碳也是转化管损坏的重要原因。
工艺气体中蒸汽含有较高氯离子时能使转化管发生冷凝液的应力腐蚀。
介质中含有硫时，也会产生硫的腐蚀。
内壁不进行加工去除铸造疏松层的铸管，更为上述腐蚀创造有利条件。
穿晶腐蚀是应力腐蚀的明显特征。
3.蒸汽带水引起的损坏：原料气带水或冷凝液，在开炉时进入转化管，会使触媒急冷而破碎，同时对高温赤热的转化管也会产生极其严重的损害。
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。
