裂解炉炉管长期高温组织损伤研究

论文摘要

随着现代工业的迅速发展,在石油化工装置中,高温裂解炉炉管的应用日益广泛,在长期的高温环境下,裂解炉炉管产生高温损伤,容易发生爆管失效。裂解炉炉管的爆管失效不仅给生产单位带来了严重的经济损失,更为严重的是还危及到了人民的生命和财产的安全。因此,高温裂解炉炉管的安全可靠性越来越受到广泛的重视。本论文针对高温损伤后的裂解炉炉管进行宏观的断口分析,其中包括了对断口表面形貌的分析以及损伤部位材质机械性能的分析,从宏观上初步判断其断裂性质。同时,对损伤后的裂解炉炉管又进行了微观组织的分析,其中包括对损伤后的裂解炉炉管进行微观断口形貌分析以及断口表面成分分析。从其微观组织上分析出其损伤机理。最后本论文针对损伤后的裂解炉炉管进行恢复性热处理的探索试验,通过不同加热温度,不同保温时间以及不同冷却方式三个限制条件最后探索出其最佳的恢复性热处理工艺。最后,经过试验得出以下结论:353MA（25Cr-35Ni）裂解炉炉管断口的外观形貌由于氧化腐蚀而颜色发灰,断口表面平整,断口的颜色白亮,无明显的裂纹源区和最后瞬断区,属于典型的整体脆性断裂断口。新管的冲击韧性很高,冲击后的试样未完全断开,表现出很好的塑性,损伤后的裂解炉炉管的冲击韧性极低,冲击后的试样完全断开,断口无塑性变形,表现出脆性断裂的特征。损伤后的裂解炉炉管比新管的硬度高很多,表现出了明显得材质硬化现象。裂解炉炉管新管材料的微观组织为奥氏体,在晶界和晶内分布着少量的颗粒状碳化物。其塑性较好,韧性较高,不容易发生脆性断裂。损伤后裂解炉管体材料的微观组织为在奥氏体基础上沿着晶界分布着大量的长条状σ脆性相与颗粒状碳化物的共晶相。使其韧性显著降低,脆性增加。新管试样冲击后的断口微观形貌,呈现出大量的韧窝,其微观形貌特征为塑性韧窝形貌。损伤后的裂解炉炉管断口微观形貌,呈现出平稳的河流花样,其微观形貌特征为脆性解理形貌。横向断口表面主要成分为Cr和Fe的氧化物,发生了高温氧化现象,但是没有发现Cl和S等腐蚀性介质元素的存在。纵向断口表面成分主要为Cr、Ni和Fe,成份含量基本符合Ni-Cr-Si耐热钢ASTM标准的353MA（25Cr-35Ni）的成份含量。炉管损伤的原因不是材质成分问题,而是其组织脆化造成的。在加热温度为1140℃,保温时间为1小时的情况下,通过10%的盐水淬火σ相消除的效果最好,由损伤后未经处理的σ相颗粒所占面积比值35.8%降到21.5%,是目前条件下,通过试验探索出来的最佳的热处理方法。探索出来的最佳热处理工艺对消除σ相有一定作用,σ相的消除效果能达到45%左右,但是σ相通过本实验探索出来的热处理工艺,不能完全消除。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 课题研究目的及意义
• 1.2 裂解炉炉管组织损伤影响因素及其研究现状
• 1.2.1 裂解炉炉管损伤失效及失效形式
• 1.2.2 裂解炉炉管组织损伤影响因素
• 1.2.3 炉管组织损伤研究现状
• 1.3 本研究领域存在的主要问题
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 裂解炉炉管宏观断口分析
• 2.1 管体失效分析的思路
• 2.2 管体材质化学成分检测分析
• 2.3 炉管长期高温损伤后宏观断口分析
• 2.3.1 炉管断裂部位检查分析
• 2.3.2 炉管断口宏观检查分析
• 2.4 炉管材质机械性能检测
• 2.4.1 冲击试验
• 2.4.2 硬度试验
• 2.5 本章小结
• 第三章 裂解炉炉管断口微观组织分析
• 3.1 裂解炉炉管断口金相显微组织分析
• 3.2 裂解炉炉管断口微观形貌分析
• 3.3 裂解炉炉管断口表面成分分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 损伤后炉管材质的恢复性热处理工艺探索
• 4.1 损伤后炉管材质的恢复性热处理试验步骤
• 4.2 损伤后炉管材质的恢复性热处理试验探索方法
• 4.3 不同加热温度下金相显微组织对比
• 4.4 不同热处理工序下金相组织对比
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要