裂解炉对流段20g蒸汽主管爆裂安全性分析.pdf

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1、裂解炉对流段209蒸汽主管爆裂安全性分析韩辉1王祥2张礼敬2(1江苏省安全生产科学研究院，江苏南京210042；2南京工业大学城市建设与安全工程学院，江苏南京210009)摘要：裂解炉对流段209蒸汽主管爆裂失效后，为了确保余下的几台同样的蒸汽锅炉能够继续服役，借此对失效炉管进行爆裂原因分析，发现管道在长期使用过程中已经达到3．5级球化，但管材高温力学性能没有明显变化。研究表明，将珠光体球化等级作为高温主蒸汽管道判废依据过于保守且不精确，该炉管在一定的条件下，还可以继续使用，进而推断余下的同样情况的几台蒸汽主管可以继续

2、服役。关键词：裂解炉；蒸汽主管；蠕变损伤；安全性分析高温蒸汽管线广泛应用于石化、热电行业的加热炉、裂解炉等设备上，是主要的高温部件之一，其安全运行是装置可持续运行的重要保证。目前，国内多数老旧锅炉炉管采用的材料为2啡碳钢(以下简称209)，其使用温度为280—3500C，最高内压为15．5—18MPa⋯。在长期运行过程中，伴随运行温度、压力的波动，蒸汽管线的安全可靠性逐渐降低，管材微观组织会随运行时间的增加而劣化，通常会产生碳化物球化、珠光体分散、蠕变损伤等情况。如不能及时对管道进行缺陷检测，可能会导致事故的发生，若盲

3、目更换管道可能会造成不必要的经济浪费。因此，傲到安全与经济统筹兼顾具有重大意义。本文以南京某烯烃厂裂解炉对流段蒸汽主管爆裂事故着手，对209蒸汽主管的爆裂原因进行安全性分析，并对其余同工况的蒸汽管道继续服役的安全性展开研究，从而为其降低事故风险和经济损失，科学指导管道维修和安全生产管理提供借鉴。1事故概况裂解炉对流段蒸汽主管内输送的是用于稀释裂解原料的高温水蒸汽。该蒸汽主管材料为209，规格为中165mmXl4mm，管内蒸汽温度为320。C，压力14MPa，到发生对流段蒸汽主管爆裂而紧急停炉时，已经累技术运行达1300

4、00h。1．1已爆裂蒸汽管道1．2管道流向及爆裂区示意图图1209蒸汽主管经现场勘察，如图la所示，爆管破ISl粗胀，张IZl呈喇叭状，破口长约lm，宽约O．5m；开裂两端呈典型的撕裂状；破口边缘锐利，有明显减薄，呈刀刃型断口；破口内壁光滑。管道内高温蒸汽流向以及爆裂区的相对位置如图1b所示。同时，该裂解炉还有同样工况下的5根蒸汽总管。为了分析该工况下的209蒸汽主管爆裂失效的原因以及其余同工况的蒸汽管道继续服役的安全性，本文选择在壁厚减薄处及开裂边缘撕裂处分别取样，分别进行材料组织结构分析及力学性能研究。2金相实验目

5、前，国内仍将珠光体球化等级作为高温主蒸汽管道判废依据。本文采用金相实验对爆裂炉管的组织结构进行分析，判定爆裂炉管的球化等级。2．1实验取样如图2a所示，实验材料在壁厚减薄处(区域A)；}13开裂边缘撕裂处(区域B)取样。如图2b所示，在开裂处未见到明显的腐蚀现象，可以排除局部腐蚀导致蒸汽主管壁厚减薄的因素。(a)爆裂断口取样区(b)取样区域A放大图2209蒸汽主管爆裂断口形貌2．2测试分析2．2．1209基本情况介绍209是蒸汽管道广泛应用的一种优质碳素钢，其正常金相组织是铁素体和片状珠光体，从而获得良好的力学性能。但

6、是，片状珠光体是一种不稳定的组织，其表面积大，界面能高，在长期高温下工作时，原子活动力增强，扩散速度增加，片状渗碳体便逐渐转变为珠状，再积聚成大球团，产生珠光体球化，从而使材料的屈服点、抗拉强度、冲击韧性、蠕变极限和持久极限下降。同时，由于球状珠光体对位错运动的阻碍作用较片状珠光体小，所以会产生大量的位错启动源”1。2．2．2爆裂管道的金相组织在材料化学成分一定的前提下，其力学性能主要取决于微观组织的变化。对区域A和B处的取样进行化学成分检测，其含量均符合《高压锅炉用无缝钢管》(GB5310-2008)规定。(a)微观

7、形貌(b)209球化评级标准(3级)脚图3取样区域B显微组织在区域B处取样，进行金相分析。由图3可知，裂解炉对流段209蒸汽主管在14MPa，320。C条件下运行130000小时后显微组织发生退化，珠光体不再以层片状的铁素体和渗碳体交错存在，而是珠光体发生了轻度球化，珠光体区域中的碳化物开始36I化毒虿鳕2015年4月分散，并逐渐向晶界扩散，珠光体形态尚明显。珠光体球化等级为3级，考虑安全裕量，判定为3．5级球化。图4一声．二一，一’一一‘：一图5取样区域A较厚处显微组织在区域A处取样，进行金相分析。由图4和图5鼓胀处

8、的显微形貌可以看出，炉管材料在塑性变形过程中，铁素体和珠光体均发生了严重的变形，从母材中的不规则形状变成了链条状，并具有向晶界聚集的倾向。铁素体和珠光体的拉伸方向与其受力方向一致。同时，破裂处的珠光体也有明显的球化现象。可以得出：按照((碳钢石墨化检验及评级标准))(DL／T786—2001)，该209炉管呈3．5级球化，屈服强度