中石油蘭州石化公司化肥廠合成氨裝置原設(shè)計(jì) 以渣油為原料 ，生產(chǎn)能力為 300kt／a，1997年 12月投產(chǎn)，1999年達(dá)到 生產(chǎn)能力 。2001年 ，由于 國(guó)際市場(chǎng)上原油價(jià)格的上漲以及國(guó)家“西氣東輸”戰(zhàn)略的需要 ，裝置實(shí)施“油改氣”改造 ，改用天然氣替代渣油生產(chǎn) 。

合成氨裝置蒸汽過(guò)熱爐的作用是將氣化單元廢熱鍋爐產(chǎn)生的 10．5MPa、314oC的飽和蒸汽過(guò)熱為 495oC±10oC的過(guò)熱蒸汽。蒸汽過(guò)熱爐原設(shè)計(jì)燃料為渣油 ，2001年合成氨裝置 “油改氣”后 ，改用天然氣替代渣油作為加熱燃料，過(guò)熱爐爐體結(jié)構(gòu)等保持不變 ，其他工藝條件也不變 。該蒸汽過(guò)
熱爐的爐管每 12根 為一組 ，每組前 4根材質(zhì) 為T(mén)22，后 8根材質(zhì)為 TP304H，爐管規(guī)格為 +88．9mill×8．9mill，爐 管長(zhǎng)度為 11010mm，整個(gè) 爐膛有 10組完全相同的爐管緊貼爐壁排列成一周 。

蒸汽過(guò)熱爐爆管經(jīng)過(guò)

2005年 8月 19日，合成氨裝置復(fù) 工，蒸汽過(guò)熱爐在蒸汽并人時(shí) ，由于蒸汽管網(wǎng)壓力波動(dòng)，蒸汽流量變化較大 ，天然氣流量調(diào)節(jié)滯后 ，造成爐膛超溫(約 800oC)，蒸汽過(guò)熱爐爐管發(fā)生爆裂 ，搶修 3d后投人生產(chǎn)。2006年 6月裝置停車檢修時(shí)，更換全部爐管 ，7月投人生產(chǎn)。截至爆管時(shí)為止 ，總運(yùn)行時(shí)數(shù)約 63000h，其中油改氣后運(yùn)行約 28000h。300mln)，如圖 1所示。圖 1 爐管爆管口形狀 圖 2 蒸汽過(guò)熱爐爐管變 形情 況

爆管現(xiàn)象及原因分析

蒸汽過(guò)熱爐爆 管后將其切出 ，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)一 工設(shè)備與機(jī)械專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)在中石油蘭州石化分公司化根蒸汽人 口管爆裂(爐管材質(zhì)為 T22，裂長(zhǎng)度300mm)，如圖 1所示爐管的 31．7％。并且伴有局部表面結(jié)焦 、有一定的高溫氧化腐蝕現(xiàn)象 ，尤其是在進(jìn) 口管排(材質(zhì) 為T(mén)22)處 以上現(xiàn)象表現(xiàn)的尤為明顯(見(jiàn) 圖 2)。通過(guò)分 析 發(fā)現(xiàn) ，由于 天然氣 的燃 燒 熱值 為8．4×107J／m3，渣油燃 燒熱值 為 4．06×10J／rn3，天然氣燃燒 的火焰 溫度遠(yuǎn) 高于渣油 ，“油改氣 ”后實(shí)際操作 爐膛溫度較改 造前提高 了約 50℃。且由于設(shè)計(jì)原因天然氣調(diào)節(jié)滯后，易出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，使過(guò)熱爐爐管長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境 ，導(dǎo)致其局部管徑膨脹 、管壁減 薄。同時(shí) 由于操作原 因，在 2005年 4月曾經(jīng)發(fā)生過(guò)過(guò)熱爐嚴(yán)重超 溫事故 (爐膛溫度約 950oC)，雖 當(dāng)時(shí)未造成 爐管爆裂 ，但對(duì) 爐管的使用壽命造成極大影響蒸汽過(guò)熱 爐爐 管材質(zhì) 采用 TP304H和 T22，TP304H鋼屬奧氏體不銹耐熱鋼 ，在長(zhǎng)期高溫運(yùn)行過(guò)程中組織結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定 ，會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變 ，容易產(chǎn)生晶問(wèn)腐蝕 ，特別是在焊 口近焊縫 區(qū)及彎管后彎頭處易出現(xiàn)晶間裂紋 ，有 時(shí)金 相組織 中還能發(fā)現(xiàn)晶界析出一定 的 相 ，使鋼的沖擊韌性值下降。T22鋼屬貝 氏體耐熱 鋼 ，其典 型組織 為回火粒狀 貝氏體 +鐵 素體 ，其組分是在低碳鋼的基礎(chǔ)上，添加一定的鉻 、鉬等合 金元素 ，以增加原子間的引力，對(duì)金屬組織 中的鐵素體起 固溶強(qiáng)化作用 ，從而提高了鋼的耐熱強(qiáng)度和抗氧化性能。該材質(zhì)如果長(zhǎng)期在高溫下使用，碳化物會(huì)逐步發(fā)生球化，組織 中碳化物呈彌散分布 ，或逐漸沿晶界成鏈狀分布并長(zhǎng)大 ；而 固溶在 內(nèi)部 的鉻 、鉬等合金元素原子會(huì)受熱激活 ，并在應(yīng)力 的作用下使 品格結(jié)構(gòu)發(fā)生擴(kuò)散遷移運(yùn)動(dòng) ，部分合金元素原子與碳結(jié)合成為合金碳化物 。在 T22鋼 中，除了合金元 素強(qiáng)化固溶體而提高基 體的耐熱性以外 ，過(guò)飽和 固溶體中沉淀出的第二相，即沉淀強(qiáng)化也可以提高合金鋼的耐熱性 ，如六方 晶系的 Mo2C、CrTC、C 3c6等在溫度較低時(shí)會(huì)起到明顯的沉淀強(qiáng)化作用 。但由于 C c6的不穩(wěn)定性 ，在溫度超過(guò) 540oC時(shí) 向 C轉(zhuǎn)變 ，且運(yùn)行溫度愈 高，相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變 的速度愈快，而 JⅥ6c型碳化物會(huì)使鋼的耐熱性 顯著降低。以上種種變化過(guò)程直接影響過(guò)熱爐爐管的使用性能。3 搶修情況及運(yùn)行根據(jù)有 關(guān)規(guī)定 l】，，對(duì) 于工作 溫度 大于等 于450oC的高溫金屬部件或工作壓力大于等于 6MPa的承壓管道和部件 ，當(dāng)發(fā)現(xiàn)下列情況之一時(shí) ，應(yīng)及時(shí)更換 ：合金鋼過(guò)熱器 和再 熱器 管外徑蠕變變形大于 2．5％；碳素鋼 過(guò)熱器和再 熱器 管外徑蠕 變變形大于 3．5％；表面有氧 化微裂紋 ；管壁 減薄到小于強(qiáng)率計(jì) 算 壁厚 ；石墨化達(dá) 4級(jí) (對(duì)碳鋼 和鉬鋼)。而該蒸汽過(guò)熱爐爐管 的蠕變變形量接近上述規(guī)定的 10倍 ，因此必須對(duì)全部爐管進(jìn)行更換 。但是 由于該事件是突發(fā)事件 ，事先 沒(méi)有準(zhǔn)備好 更換用的爐管 ，因此 只好割掉爆 管段 的爐管 后進(jìn)行焊接 ，并且對(duì)過(guò)熱爐的工藝操作進(jìn)行了規(guī)范 ，杜絕超溫事故發(fā)生 ?？紤]到加熱用 的燃料改為天然氣以后操作工藝條件的變化 ，原先 的爐 管材質(zhì) 已經(jīng)不 能滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn) 的需要 ，因此需根據(jù)實(shí) 際工 藝條件對(duì)爐管材質(zhì)進(jìn)行重新設(shè)計(jì) ，使之具有耐高溫性 ，高的抗拉強(qiáng)度 、高溫蠕變和持久 強(qiáng)度 ，低的熱膨脹性 ，良好 的導(dǎo)熱性 、焊接性和抗 氧化性 ，高的韌性 ，且表面裂紋易被檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn) ，以更好 的適應(yīng) 現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn) 的需要。經(jīng)過(guò)對(duì) 比材料性能 ，決定采用 TP347H鋼作為更新 爐管的材質(zhì)。