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摘 要

蒸汽转化炉是各炼厂制造氢气的核心设备，长期在高温条件下工作，既承担着供热的任务，也承担着反应的任务，炉管用的高温合金材料在服役一段时间后组织和相结构会发生改变，且这种改变会随着服役时间的增加不断加剧，进而引发炉管的失效，本文针对H1201转化炉炉管进行着色探伤、金相分析和拉伸性能测试等实验进行失效分析，发现转化炉炉管存在蠕变孔洞且共晶碳化物不同程度的分解成蠕虫状和块状，同时晶界处的富Cr的M₂₃C₆碳化物增多，由于微观结构的变化和脆性相的析出可以分析得出转化炉炉管高温力学性能有所下降，综合比较得出8.7m处材料损伤最严重。

关键词：蒸汽转化炉 失效分析 着色探伤 金相观察 拉升性能测试

Abstract

Steam reformer is the core equipment of hydrogen production in various refineries. Working under high temperature for a long time, it not only undertakes the task of heating, but also the task of reaction. The high temperature alloy material used in the furnace tube will change its structure and phase structure after a period of service, and This change will continue to intensify with the increase of service time, which will lead to the failure of the furnace tube. This paper focuses on the H1201 reformer tube Through the failure analysis of dye detection, metallographic analysis and tensile property test, it is found that there are creep holes in the reformer tube and the eutectic carbides decompose into vermicular and massive in varying degrees. At the same time, the Cr rich M₂₃C₆ carbides at the grain boundary increase. Because of the change of microstructure and the precipitation of brittle phase, it can be concluded that the mechanical properties of the reformer tube at high temperature have declined The most serious damage was found at 8.7m.

Key Words：Steam reformer；Failure analysis；Color flaw detection； Metallographic observation；Pull performance test

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1课题研究的背景和意义 1

1.2.蒸汽转化炉 1

1.2.1蒸汽转化炉本质 1

1.2.2蒸汽转化炉转化流程 1

1.2.3蒸汽转化炉炉型 2

1.2.4蒸汽转化炉的发展趋势 3

1.3.蒸汽转化炉失效分析 3

1.3.1猪尾管开裂分析 3

1.3.2燃烧系统故障分析 4

1.3.3转化炉炉管变形分析 4

1.4.修复方案及预防措施 4

1.4.1猪尾管开裂的修复方案及预防措施 4

1.4.2燃烧系统的修复方案及预防措施 4

1.4.3转化炉炉管的修复方案及预防措施 4

1.5 本文研究内容 5

第二章 转化炉炉管的损伤分析 6

2.1实验材料 6

2.2实验方法 6

2.3.实验步骤 7

2.3.1选样 7

2.3.2着色探伤 7

2.3.3金相观察 8

2.3.4拉伸性能测试 8

第三章 实验结果及分析 9

3.1表面着色探伤结果及分析 9

3.2材料的金相分析 10

3.2.1微观孔洞分析 10

3.2.2微观组织分析 11

3.2.3SEM和EDS的结果及分析 14

3.3材料的拉伸性能分析 18

第四章 经济性分析 20

第五章 结论 21

参考文献 22

致谢 24

第一章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

近年来，化石能源逐渐短缺，原油中的重金属和硫等有害物质明显增加，而且环保要求越来越高，以前的众多石油产品如煤、柴油等逐渐面临升级换代，为了实现环保，脱硫，清洁的多种加氢工艺飞速发展，加氢工艺的主要原料是氢气，随着工艺的发展，氢气的需求量也随之增加，当前全球炼油厂主要使用烃类制氢转化，这种使用制氢转化炉的工艺方法生产成本低，操作安全，技术成熟，在各大工厂中占主要地位^[1]。

但是，制氢转化炉往往存在很多会导致炉管开裂的缺陷，有时会突然开裂造成严重的经济损失，因此对蒸汽炉管开裂原因的失效分析就极为重要，只有正确分析出炉管开裂的原因，才能有预见性的预防蒸汽炉管开裂带来严重的经济损失。

1.2.蒸汽转化炉

1.2.1蒸汽转化炉本质

蒸汽转化炉本质上是一台装有填充催化剂的管式反应器，转化炉内炉管通过吸收火焰的辐射从而达到高温的要求，原料（轻烃、水蒸气）在炉管内与催化剂床层进行反应。

1.2.2蒸汽转化炉转化流程

首先，将天然气中的氢气加热到380-400摄氏度和水蒸气进入转化炉对流段预热，之后进入装有Nb催化剂的转化管，继续加热进行蒸汽转化反应，生成H₂、CO、CO₂。

图1-1 天然气蒸汽转化工艺流程

1.2.3蒸汽转化炉炉型

蒸汽转化炉分为顶烧炉、侧烧炉、阶梯炉和底烧炉4种。

顶烧炉将多排转化炉管束垂直布置在炉膛内，顶部放置燃烧器，两侧放置转化管，火焰向下燃烧，高温烟气向下流动进入对流室。

图1-2 顶烧炉结构示意

侧烧炉的将单排转化炉炉管布置在炉膛的中央，垂直放置，沿炉管不同高度设置多排燃烧器，燃烧器布置在辐射室的侧面，转化炉炉管接受火焰双面辐射，烟气向上流动，从顶部烟道离开辐射室，其中的对流室大多设置在辐射室顶部，直接与高温烟气进行对流传热。

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