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    乙烯裂解炉管裂纹原因分析

    帖子创建时间:  2013年08月06日 17:04 评论:0 浏览: 60 投稿
    某化工厂的乙烯裂解炉是该厂核心设备,其中的炉管又是关键部件。炉管材质为ZG4Cr20Ni25(HK-40)钢。运行时炉管外壁温度高达950℃~1100℃,管内压力为0.3~0.5MPa,经常出现停车现象。在第二次清焦和检测时发现其中1根炉管外表面有一长约5mm,宽约0.1mm,深约0.1mm的裂纹。该炉管累计运行仅5000h,大大低于乙烯裂解炉管的设计寿命1×105h。如此过早失效是罕见的。为此我们对其进行了检验分析,试图找出导致炉管早期开裂的原因。  (1)宏观检测从该化工厂的乙烯裂解炉管上选取两段试样。A段带有上述裂纹,B段则无裂纹。将A,B段炉管分别沿轴线锯开后,发现两段管内壁明显不同,A段内壁比B段的颜色黑。为此取A段试样的一半磨制和抛光后进行腐蚀。结果证实A段已明显渗碳(如图1)。图中颜色较深者即为渗碳层。可以看出最大渗层已达管壁厚度的一半。  (2)化学成分分析表1为化工厂提供的炉管标准成分及试样测得的化学成分。经分析A段炉管的实际碳含量低于标准的下限。研究表明,HK-40钢的碳含量在0.38%~0.45%范围内时其抗渗碳能力最强;碳含量低于0.35%时抗渗碳能力明显下降。另外HK-40钢碳含量对蠕变断裂强度也有很大影响(见图2)。当碳含量低于0.35%时蠕变断裂强度快速下降,也是导致裂纹过早产生的一个原因。  (3)渗碳引发裂纹根据Fe、Cr、C三元相图可知,HK-40钢渗碳后渗层中的Cr23C6转变为Cr7C3,Cr7C3是一种密度比Cr23C6低的碳化物,这就导致渗层体积膨胀。另外Cr7C3的热膨胀系数也低于Cr23C6。炉管内壁渗碳,未渗碳的管外壁就要受到拉应力作用。另一方面,因渗碳层热膨胀系数的降低,在裂解炉管停炉降温时,管内壁受压,外壁受拉。在开炉升温时,则内壁受拉,外壁受压。特别是如果停炉降温或开炉升温过快,应力骤变更易产生裂纹。  通过以上检验分析可以得出以下结论:①裂纹产生的主要原因为HK-40钢含碳量偏低导致其抗渗碳能力降低及钢的蠕变断裂强度降低;②频繁开停炉也是此裂纹过早产生的一个重要原因。 【MechNet】TOP
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