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１２Ｃｒ１ＭｏＶ分解炉换热器管失效分析点击：1746 日期：[ 2014-04-26 22:14:29 ] |
| １２Ｃｒ１ＭｏＶ分解炉换热器管失效分析 巴发海 （上海材料研究所 上海 ２００４３７） 摘要：对１２Ｃｒ１ＭｏＶ分解炉换热器管的失效从化学成分、金相、断口等方面对进行了比较详细的分析。分析结果表明，管子外壁在高温环境中发生了沿晶剥落；管子内壁在氨分解气氛中的高温作用下产生了氮化现象。同时，基体组织中的珠光体发生了粒化造成管子的强度下降。最终管子经过一定时间使用后逐渐脆化，当内壁沿晶裂纹和外壁的剥落坑相连通时管子发生早期失效。 关键词：换热器管； 氨分解； 蠕变； 氮化； 失效 中图分类号：ＴＧ１４２．４１文献标识码：Ａ文章编号：１００９３２８１（２００７）０４００３５０４ １２Ｃｒ１ＭｏＶ钢是我国电站、高压锅炉部件等广泛采用的具有较长使用寿命的钢种（至少１０６ｈ以上）。主要用做蒸汽参数不超过５４０℃的集箱、蒸汽管道，金属壁温不超过５８０℃的过热器、再热管及部分铸锻件［１］。供货状态一般为正火＋回火，其正常金相组织为铁素体＋贝氏体，也可以为铁素体＋珠光体。多年来的运行表明，其主要失效过程表现为贝氏体／珠光体粒化，碳化物不断向晶界析出和聚集长大，最终导致蠕变失效［２］。然而，近年来化工行业也开始选用该材料用作热交换管，尽管也同样在高温下使用，然而由于使用环境的改变其失效形式也发生了相应的变化。本文对此进行了分析研究。 裂管的基本情况 图１是某化工厂所使用的分解炉换热器（套管式）示意图。换热管材料除与分解炉相连接的第一根为Ｃｒ２５Ｎｉ２０外其它均为１２Ｃｒ１ＭｏＶ。外管规格为Φ７６ｍｍ×３ｍｍ，内管为３８ｍｍ×３ｍｍ。运行过程中管内气体介质为ＮＨ３，管外介质为７５％Ｈ２＋２５％Ｎ２。管内外压力均为０．２ＭＰａ，管内温度约４５０～６００℃，管外约６００～７２０℃。运行约一年检查发现分解炉的换热器近进气口的第二根１２Ｃｒ１ＭｏＶ内管近固定端发生纵向开裂。 肉眼观察，开裂管子无明显的涨粗变形，管壁未见减薄。裂纹纵向较长，裂纹宽度仅约１ｍｍ，裂纹缝隙间布满灰黑色的腐蚀产物。管子外表面有较严重的腐蚀产物，内壁腐蚀层堆积较厚。将图２中的管子掷于地上即产生横向裂纹，稍用力即可折断。显然，管子已经严重脆化，强度大大较低。 尽管１２Ｃｒ１ＭｏＶ钢含有阻碍或减缓组织球化及其积聚过程进行的合金元素Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ等，但管子在高温长期运行珠光体随时间延长的不断球化以及晶内尤其是晶界上大量的颗粒状碳化物呈串状或链状析出过程将不可避免［３、４］。因此，基体强度会不断下降和脆化。同时外管的气体中含有少量的氧，在高温下会形成一定的氧化腐蚀，导致在外表面形成以腐蚀为主的沿晶剥落坑［５］。外表面晶界上的蠕变孔洞也会在应力作用下逐渐演变成微裂纹，加速表层的剥落速度。 燃烧室耐火衬里采用底部直接支承，各层砖独立膨胀结构。直筒耐火衬里分为四层，最外层为陶瓷纤维毡，陶瓷纤维毡为可压缩的软质耐火隔热材料，除起一定的隔热作用外，主要作为径向膨胀间隙。次外层为隔热耐火砖，其作用是隔热，保证壳体温度在设计允许的范围内。次内层为铬刚玉砖，其作用是隔热，并作为安全衬里，如果最内层砖损坏或剥落，还能使装置在短时间内继续运行。最内层为高氧化铬砖，其作用为直接承受部分氧化反应形成的高温和工艺气流的高速冲刷及炉渣的侵蚀，在拱顶及下锥段由于形状不规则，采用氧化铝空心球浇注料。 气化装置能否长周期、满负荷运行主要取决于气化炉的操作，而气化炉能否长周期、安全运行主要由其耐火衬里的使用寿命决定。因此气化炉耐火衬里的结构优化是非常关键的，影响耐火衬里（尤其是工作面砖）使用寿命的因素主要有： （１）耐火衬里（工作面砖）的质量； （２）耐火衬里尤其是工作面砖层的结构设计； （３）耐火衬里的砌筑施工质量； （４）气化炉的工艺操作水平。这四个因素是互相依存，不可分割的。从设计角度，工作面砖应达到“四高”要求，即高纯度、高密度、高强度、高精度。 结束语 水焦浆气化炉能否长周期安全运行，气化炉的设计是一个关键因素，因此要严把设计、选材、制造、安装、检验等环节，同时要结合生产、操作的具体情况，优化设计，严格管理，精心操作，确保气化炉在设计寿命的期限内安全、稳定的运行。 |
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