中石油蘭州石化公司化肥廠(chǎng)合成氨裝置原設計 以渣油為原料 ，生產(chǎn)能力為 300kt／a，1997年 12月投產(chǎn)，1999年達到 生產(chǎn)能力 。2001年 ，由于 國際市場(chǎng)上原油價(jià)格的上漲以及國家“西氣東輸”戰略的需要 ，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)熱爐原設計燃料為渣油 ，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)熱爐爐體結構等保持不變 ，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，爐管規格為 +88．9mill×8．9mill，爐 管長(cháng)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 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 ，天然氣流量調節滯后 ，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(chē)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 ，總運行時(shí)數約 63000h，其中油改氣后運行約 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)現一 工設備與機械專(zhuān)業(yè)，助理工程師，現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(cháng)度300mm)，如圖 1所示爐管的 31．7％。并且伴有局部表面結焦 、有一定的高溫氧化腐蝕現象 ，尤其是在進(jìn) 口管排(材質(zhì) 為T(mén)22)處 以上現象表現的尤為明顯(見(jiàn) 圖 2)。通過(guò)分 析 發(fā)現 ，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 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℃。且由于設計原因天然氣調節滯后，易出現超溫現象，使過(guò)熱爐爐管長(cháng)期處于高溫環(huán)境 ，導致其局部管徑膨脹 、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)熱爐嚴重超 溫事故 (爐膛溫度約 950oC)，雖 當時(shí)未造成 爐管爆裂 ，但對 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(cháng)期高溫運行過(guò)程中組織結構不夠穩定 ，會(huì )逐漸轉變 ，容易產(chǎn)生晶問(wèn)腐蝕 ，特別是在焊 口近焊縫 區及彎管后彎頭處易出現晶間裂紋 ，有 時(shí)金 相組織 中還能發(fā)現晶界析出一定 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上，添加一定的鉻 、鉬等合 金元素 ，以增加原子間的引力，對金屬組織 中的鐵素體起 固溶強化作用 ，從而提高了鋼的耐熱強度和抗氧化性能。該材質(zhì)如果長(cháng)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(cháng)大 ；而 固溶在 內部 的鉻 、鉬等合金元素原子會(huì )受熱激活 ，并在應力 的作用下使 品格結構發(fā)生擴散遷移運動(dòng) ，部分合金元素原子與碳結合成為合金碳化物 。在 T22鋼 中，除了合金元 素強化固溶體而提高基 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 )起到明顯的沉淀強化作用 。但由于 C c6的不穩定性 ，在溫度超過(guò) 540oC時(shí) 向 C轉變 ，且運行溫度愈 高，相結構轉變 的速度愈快，而 JⅥ6c型碳化物會(huì )使鋼的耐熱性 顯著(zhù)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 搶修情況及運行根據有 關(guān)規定 l】，，對 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 ，當發(fā)現下列情況之一時(shí) ，應及時(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 減薄到小于強率計 算 壁厚 ；石墨化達 4級 (對碳鋼 和鉬鋼)。而該蒸汽過(guò)熱爐爐管 的蠕變變形量接近上述規定的 10倍 ，因此必須對全部爐管進(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 ，并且對過(guò)熱爐的工藝操作進(jìn)行了規范 ，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(mǎn)足現場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn) 的需要 ，因此需根據實(shí) 際工 藝條件對爐管材質(zhì)進(jìn)行重新設計 ，使之具有耐高溫性 ，高的抗拉強度 、高溫蠕變和持久 強度 ，低的熱膨脹性 ，良好 的導熱性 、焊接性和抗 氧化性 ，高的韌性 ，且表面裂紋易被檢測等優(yōu)點(diǎn) ，以更好 的適應 現場(chǎng)生產(chǎn) 的需要。經(jīng)過(guò)對 比材料性能 ，決定采用 TP347H鋼作為更新 爐管的材質(zhì)。
