轉(zhuǎn)化爐進出口管系及合成氣余熱鍋爐局部材料失效機理及預(yù)防措施淺談

張 華

(華陸工程科技有限責(zé)任公司，陜西 西安 710065)

蒸汽甲烷轉(zhuǎn)化是利用蒸汽、甲烷在高溫下催化反應(yīng)生成H2、CO的工藝過程。轉(zhuǎn)化爐是制H2、CO裝置的重要設(shè)備。轉(zhuǎn)化爐進口工藝氣-預(yù)轉(zhuǎn)化氣(設(shè)置預(yù)轉(zhuǎn)化反應(yīng)器時)溫度通常為560～630 ℃,組分主要為CH4、H2O、H2。轉(zhuǎn)化爐出口合成氣溫度為830～930 ℃，組分主要為H2、CO、H2O、CH4。隨著裝置大型化，轉(zhuǎn)化爐作為核心設(shè)備,其壓力部件能夠安全可靠地運行是裝置穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。影響轉(zhuǎn)化爐安全運行的因素很多，其中轉(zhuǎn)化爐上集氣管的殘余應(yīng)力釋放裂紋、下集氣管的高溫氫腐蝕和工藝合成氣余熱鍋爐入口管板套管及出口管箱的金屬粉塵化為多發(fā)問題。

1 應(yīng)力釋放裂紋

1.1 破壞機理及現(xiàn)象

奧氏體不銹鋼和鎳基合金在一定的操作溫度下(典型溫度為500～750 ℃)工作數(shù)小時或2年后，因為應(yīng)力的釋放會產(chǎn)生裂紋。裂紋出現(xiàn)的場合不同，說法也不同。在制造過程中(例如焊后熱處理時)出現(xiàn)的裂紋一般稱作再加熱裂紋，設(shè)備運行中出現(xiàn)的裂紋則稱作應(yīng)力釋放裂紋。

材料焊接時產(chǎn)生的熱應(yīng)力或塑性變形，會使其內(nèi)部不均質(zhì)。當(dāng)在500～750 ℃進行焊后熱處理或材料在此溫度下工作時，其中會有細(xì)微碳化物(例如碳化鎳和碳化鉻)析出【1】。這些析出的碳化物會極大地改變金屬晶粒度分布，其中鉻元素的析出會進一步減弱破壞金屬晶界。殘余應(yīng)力在蠕變過程當(dāng)中會不斷釋放，最終會釋放在金屬晶粒中，且集中在脆弱的金屬晶界處。繼而蠕變產(chǎn)生的空洞和細(xì)微裂紋在脆弱的晶界處出現(xiàn)聚集，材料因此會過早出現(xiàn)微裂紋斷裂失效。……