烃类转化炉下尾管开裂原因分析

毕同峰

（大庆油田化工有限公司，黑龙江大庆 163411）

烃类转化炉下尾管开裂原因分析

毕同峰

（大庆油田化工有限公司，黑龙江大庆 163411）

对烃类转化炉下猪尾管的破裂原因进行了分析，分析指出：炉管的下尾管开裂原因为应力腐蚀导致的蠕变裂纹。由于缺陷的存在，大大降低了晶粒间的结合力，是炉管开裂，造成泄漏的主要原因。

顶烧式转化炉；下尾管；晶间裂纹；应力腐蚀

顶烧式天然气转化炉是我合成氨装置主要设备之一，该转化炉由辐射段和对流段组成，工艺介质为天然气和水蒸气的混合气体，火嘴27个，炉管78根。炉管两排分布，火嘴三排。入转化炉天然气量为8 878m3/h，燃烧燃料气量为610 m3/h。管材为Incoloy800（ZG40Cr25Ni35）铁镍基合金，规格φ65 mm×3.5 mm。管内介质76%H2～20%CO2和以及7.65%的烃，管内压力为3.33MPa，操作温度为小于780℃。

该烃类转化炉炉管自2005年投入使用以来，至今已运行5万多小时。装置投产初期，有很多不稳定因素，使得转化炉炉管经常处于原料气中断和开停车过程中，加之吊装转化炉炉管的平衡锤设计不合理，在炉管伸涨时不能起到拉伸作用，2009年对平衡锤进行了改造。2011年9月大修时发现，一根烃类转化炉炉管出现了裂纹，开裂的猪尾管位于中上段，而且管口存在蠕胀的痕迹。经清理发现下尾管段外表面上有一竖向裂纹长约6cm，该裂纹已穿透管壁。炉管出现裂纹部位的工作温度在780℃左右。为了装置长周期安全平稳生产，防止此类事故的再次发生，有必要对烃类转化炉炉管做失效分析。

1 原因分析

下尾管的开裂部位在转化管下部与下尾管连接附近部位。裂纹长约50mm，最宽处15mm，断口面靠里侧呈现铁褐色，开裂面较粗糙没有金属光泽，无明显的尾管壁减薄迹象，具有明显的腐蚀特征。下尾管接管外观呈现氧化色，管外壁表面存在众多的竖向裂纹，呈环形分布，取试件解剖后发现尾管内壁存在多条密集且平行的纵向裂纹，尾管接管管径明显蠕胀。

1.1 化学成分分析

在开裂的下尾管段上取样进行化学成分分析，结果详见表1。为了便于比较，同时也列出了Incoloy800的标准化学成分。

表1 下猪尾管材料的化学成分（w）%

分析结果表明下尾管材料中含C量较高。属于高C型ZG40Cr25Ni35合金，而下尾管段S含量高于标准。表明该管段在长期运行中与含硫介质接触。

1.2 金相组织分析

在下尾管段远离裂纹和裂尖附近分别取样，进行磨制和机械抛光后，进行侵蚀显示下尾管段材料的微观组织。下尾管段壁厚中间部位的微观组织如图1所示。由金相检查可见，下尾管和炉管焊接接头处存在环向裂纹，焊缝根部起裂，沿熔合区沿晶格扩展。尾管内表面纵向多条平行蠕变裂纹，外壁数条环向蠕变裂纹且平行，裂纹末端粗钝，内有腐蚀产物，沿晶纵深扩展，裂纹附近存在较多的蠕变和孔洞。由此可见，下尾管段在长期高温运行后发生了较大的组织变化，致使该管段的材料性能劣化。

图1 下尾管段管壁中间部位的微观组织（×500）

1.3 断口检验分析

把开裂的下尾管从裂纹处竖向打断，断口处伴有深色的腐蚀产物，打断的断裂面色泽光亮并为结晶状。可初步推断为脆性开裂。

断口用SEM进行微观分析，微观断口呈冰糖块状。冰糖块的棱角变钝且有蚀坑，说明受到腐蚀。尾管裂纹扩展区有氧化物和沿晶开裂的特点，裂纹尖端为沿晶加腐蚀产物加韧窝，低倍显微镜下呈现孔洞和二次裂纹（图2），新鲜断口为韧窝，由此可以判定断裂为蠕变断裂。

图2 断口晶状二次裂纹（SEM）

2 结论

通过金相组织观察和SEM分析，炉管下尾管开裂的主要原因是高温蠕变和高温氧化造成的，长时间过热是导致其寿命大大缩短的直接原因，下尾管与炉管结构处的局部应力过大是导致该部位焊接接头高温蠕变，裂纹快速扩展的重要原因。

C a u s e A n a l y s i s o f C r a c k i n g i n T a i l t u b e o f H y d r o c a r b o n R e f o r me r

Bi Tong-feng

Experiments and analyses on hydrocarbon conversion rupture furnace down tail tube analysis points out that the furnace tube tail pipe cracking is stress corrosion caused by creep crack.Because of the existence of defects，the bonding force between the grains is greatly reduced，which is the main cause of the cracks in the furnace tubes.

top burning reformer；lower tail tube；intergranular crack；stress corrosion

TQ440.5

A

1003-6490（2017）08-0002-01

2017-05-02

毕同峰（1981—），男，山东巨野人，工程师，主要研究方向为设备管理与维修。