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裂解炉辐射段炉管失效分析
作者：晋圣发
来源：《中国科技纵横》2014年第10期
【摘 要】 高温合金ZGCr25Ni35Nb常用作裂解炉辐射段炉管的标准材料。某装置在停车检修时，在裂解炉辐射段的炉管上发现了相似形貌的周向裂纹。采用宏观断口检查、化学成分分析、金相分析、能谱分析、扫描电镜分析等手段对炉管开裂原因进行分析。结果表明：导致炉管开裂的主要原因是蠕变、渗碳。
【关键词】 裂解炉 辐射盘管 裂纹 蠕变 渗碳
乙烯裂解炉辐射段长期在高温环境下服役，作为乙烯装置的核心设备[1]，其辐射段炉管早期失效对炉子的安全可靠运行造成了负面影响。离心铸造的高Ni高Cr耐热合金广泛用作乙烯裂解炉炉管材料，其使用温度范围一般在900-1150℃[2]，国外同类炉管实际使用寿命可以达到8年以上的使用时间，而某装置的炉管在使用仅为3-5年时，意外失效现象屡有发生，严重影响了装置长周期满负荷运行[3]。本文以某厂刚使用4年就已失效的辐射段炉管为样品，采用多种测试手段综合分析，据此作为实例研究炉管未能达到设计使用寿命的原因。 1 试验过程与结果 1.1 外观检查
经宏观分析发现，断口上裂纹扩展显示为断续的链接裂纹且外壁的开口度大于内口，断口未发生塑性变形且具有明显的强氧化颜色[4]。颜色较深的则是实际端口，呈星星点点分布的白色区域的新鲜断口是取样分析时扳断的痕迹，这是高温蠕变断裂的典型形貌。见图1-3。 1.2 材料化学成份分析
炉管的材料为ZGCr25Ni35Nb，光谱检测结果见表1，服役后的炉管材料化学成分除碳含量偏高以外，其余的元素成分均合格，且内管壁含碳量明显高于外管壁，渗碳较为明显，由于渗碳和热应力影响，可能会导致炉管会过早损伤。 1.3 金相分析
（1）内外管壁都出现了碳损伤，碳损伤厚度达到632μm见图4-5。 （2）炉管材料存在高温蠕变孔洞及蠕变损伤显微裂，见图6-7 （3）第二相的聚集和开裂。