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T22，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T22)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 。考慮到加熱用 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)。