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1、制氫轉(zhuǎn)化爐豬尾管爆裂分析 摘要：針對(duì)典型制氫裝置轉(zhuǎn)化爐出口豬尾管，通過各種理化檢測(cè)分析手段闡述其爆裂的主要原因，并提出嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)化爐運(yùn)行參數(shù)，避免爐管因高溫蠕變?cè)斐蔂t管破壞。關(guān)鍵詞：豬尾管；爆裂；蠕變；失效。某煉油廠制氫裝置設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為50000Nm3/h。1995年7月投入運(yùn)行。轉(zhuǎn)化部分采用A、B雙套工藝流程。制氫轉(zhuǎn)化爐爐管為國(guó)產(chǎn)離心鑄造高溫合金鋼管（材質(zhì)為ZG40Cr25Ni35Nb），規(guī)格為Φ123mm×10mm×14160mm。出口豬尾管為進(jìn)口無縫合金管材（材質(zhì)為Incoloy800H），
2、按圖紙整根冷彎成型，規(guī)格為Φ32mm×3.5mm。2008年5月，B套轉(zhuǎn)化爐爐管整體更換，至2011年11月泄漏著火時(shí)，累計(jì)運(yùn)行27528h。停爐檢查發(fā)現(xiàn)B套轉(zhuǎn)化爐同一列爐管中有六根爐管（1#，2#，3#，6#，7#，8#）在出口豬尾管焊口下方200mm左右發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)約80mm的穿透性裂口，開裂處均伴有鼓包，如下圖0-1。7#出口豬尾管出現(xiàn)一個(gè)長(zhǎng)約100mm長(zhǎng)的裂口，如下圖0-2。6根據(jù)事故現(xiàn)場(chǎng)情況分析，發(fā)生著火的直接原因是7#出口豬尾管爆裂，氫氣大量泄漏，在高溫條件下產(chǎn)生爆燃?；鹧鎸?duì)附近轉(zhuǎn)化爐管表面灼燒
3、，造成爐管根部不同程度的穿透裂紋。為查明豬尾管失效真實(shí)原因，我們對(duì)爆裂的豬尾管做了進(jìn)一步理化分析。1宏觀、低倍分析1.1豬尾管取樣對(duì)7#豬尾管進(jìn)行外觀檢查，管子外徑為φ36.7mm，明顯變粗。繼而對(duì)所有的140根豬尾管進(jìn)行外觀尺寸測(cè)量，發(fā)現(xiàn)外徑均有不同程度的增大，其中發(fā)現(xiàn)5根豬尾管外徑增大明顯，尺寸在φ34.5?φ37之間，且管子彎曲變形嚴(yán)重。選擇爆裂的7#豬尾管和外徑變粗最明顯的120#豬尾管分別取一段試樣命名為試樣1、試樣2，如圖1-1，進(jìn)行理化分析。1.2宏觀、低倍分析試樣1爆口長(zhǎng)100mm，中
4、間最寬處有5～6mm，形狀呈魚嘴形；主爆口旁還有些小裂縫，見圖1-3。試樣1爆口對(duì)面外表面可見有大量凸起泡存在，并有細(xì)小裂紋沿縱向延伸；剖開管子截面，可以看見，在爆口對(duì)面管壁上有多條徑向裂紋，已經(jīng)基本穿透管壁，經(jīng)臺(tái)鉗夾緊加壓后管子完全開裂，見圖1-4。試樣2管壁上沒有發(fā)現(xiàn)徑向裂紋存在，見圖1-5。2化學(xué)分析豬尾管的材質(zhì)（Incoloy800H）是一種鎳鐵鉻耐蝕合金，其中含F(xiàn)e46.0%，含Ni30.0%～35.0%，含Cr19%～23%，含C不超過0.1%，另還含少量的Mn、Si、Cu、Al、Ti等合
5、金元素。由于該合金中Ni不低于30%，（Fe+6Ni）不低于60%，一般亦稱其為鐵鎳基耐蝕合金。從試樣2端部切取30×30mm管壁樣品，對(duì)其進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表2-1。可見，爐管材質(zhì)的化學(xué)成分除Ni含量略低外，其它元素均符合Incoloy800H合金成分標(biāo)準(zhǔn)。3金相分析在試樣1、2中間爆口（脹粗）處，切取橫向金相樣品，經(jīng)預(yù)磨、拋光和腐刻后在顯微鏡下觀察分析。試樣1爆口處，爐管壁明顯減薄，管壁內(nèi)存在大量與爆口表面平行且沿晶分布的蠕變裂紋和空洞，蠕變裂紋和空洞邊緣有氧化層存在，晶內(nèi)、晶界有大量析出碳
6、化物，見圖3-1。試樣2金相樣品取自送檢管子的中間處。管壁內(nèi)存在徑向蠕變裂紋和空洞，晶內(nèi)、晶界有析出碳化物，這與試樣1端部的管壁金相組織是相同的，見圖3-2。另外，在試樣1、2內(nèi)、外表面裂紋的密度都比較大，形成龜裂狀態(tài)，并從裂紋邊緣看已經(jīng)出現(xiàn)了氧化腐蝕。熱疲勞和高溫氧化是材料發(fā)生龜裂的主要原因，由于龜裂的出現(xiàn)，加劇了材料的蠕變破壞。因此，出口尾管的破裂是由蠕變損傷和熱疲勞損傷綜合作用所致。4掃描電鏡分析6取試樣1爆口表面和爆口對(duì)面處由外力打開的裂紋斷口表面，利用掃描電鏡對(duì)其進(jìn)行微觀形貌觀察和元素成分能
7、譜分析，見圖4-1。爆口表面：由于試樣1爆口是在高溫下破裂的，其爆口表面已經(jīng)嚴(yán)重氧化，爆口表面所含的元素主要為C、O、Cr、Ni、Fe、Al等；并仍可以看到管子沿晶開裂的形態(tài)。裂紋斷口表面：由于試樣1裂紋斷口在高溫下并沒有完全破裂，因此，裂紋斷口表面的各處有所不同，原來已經(jīng)形成與內(nèi)外管壁連通的蠕變裂紋處成為斷口后，斷口表面（圖4-1中a區(qū)）與爆口表面的相貌與所含元素都基本相同。而管壁沒有蠕變裂紋或蠕變裂紋很細(xì)小處成為斷口后，斷口表面（圖4-1中b區(qū)）沒有受到嚴(yán)重的高溫氧化，因此，可以看到很清晰的沿晶斷
8、裂表面；雖然主要元素的種類與爆口表面基本相同，但O的含量明顯地減少，這說明了該處沒有受到高溫氧化或受到的高溫氧化較輕。5轉(zhuǎn)化爐管評(píng)價(jià)分析對(duì)7#豬尾管同組列外觀檢查沒有裂紋的4#、5#、9#、10#、11#、12#6根轉(zhuǎn)化爐管根部進(jìn)行金相分析，確定是否仍可以使用。6對(duì)6根轉(zhuǎn)化爐管進(jìn)行金相附型檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)4#、5#爐管檢測(cè)點(diǎn)顯微組織為：粗化的枝晶狀?yuàn)W氏體+σ相+過燒孔洞，這兩根爐管不具備能繼續(xù)使用條件；第9#、10#、11#、12#爐管檢測(cè)點(diǎn)顯微組織為：粗化的
