焦化炉Cr5Mo炉管高温损伤和剩余寿命预测

摘要

延迟焦化在炼油行业中占有重要地位，而焦化炉是决定焦化装置能否长期稳定运行的关键设备之一。由于焦化炉操作温度较高，炉管材料在高温环境下会发生高温氧化、珠光体球化等材料性能退化现象。特别是在焦化炉操作参数不稳定的情况下，会发生炉管短时超温，这更加剧了炉管材料的退化，进一步降低了炉管的使用寿命。因此开展焦化炉炉管高温损失分析和剩余寿命评估对于预防发生爆炸事故，指导现役炉管定期更换具有重要工程实际意义。 本文以某炼化公司一套运行了近9年的焦化炉炉管为研究对象，炉管材料为Cr5Mo，分析了材料性能的高温损伤情况，并预测了炉管剩余寿命。分别从现场检验和实验室试验两方面进行了炉管的壁厚检测、硬度和金相组织分析、化学成分分析、力学性能试验。结果表明：炉管经过长时间高温环境下服役后，其化学成分符合标准规定的要求；常温力学性能指标σb和σ0.2等均在标准规定范围内，常温下的伸长率出现了明显的下降，硬度也有所下降，其中冲击性能下降最严重，No1炉管冲击性能最大值只有8J；现场和实验室金相试验中均发现材料球化明显，并且位于不同位置的炉管球化等级各不相同。在材料高温损伤分析基础上，进行了高温持久试验，根据试验数据拟合得出了等温线法和L-M外推法预测了炉管的剩余寿命公式。分别采用等温线法和L-M外推法对现役炉管进行剩余寿命评估，评估结论为：在670℃操作温度和20MPa应力条件下，该批炉管还能服役3年。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号说明

声明

第一章绪论

1.1 论文背景及研究意义

1.2 炉管的高温力学性能

1.2.1蠕变

1.2.2条件蠕变极限

1.2.3持久强度

1.2.4应力松弛

1.2.5 Cr5Mo炉管高温性能简介

1.2.6 Cr5Mo炉管的研究现状

1.2 炉管预测剩余寿命方法的研究现状与进展

1.3.1 Larson-Miler参数外推法

1.3.2 K-D法持久强度外推模型

1.3.3等温线法

1.3.4空洞面积率法

1.3.5断裂力学方法

1.3.6多元回归方法

1.3.7其他预测方法

1.4研究内容

第二章炉管现场检验

2.1炉管服役历史

2.2 2005年6月现场检验

2.2.1现场金相分析

2.2.2厚度测量

2.2.3硬度测量

2.3 2006年3月现场检验

2.3.1现场金相分析

2.3.2硬度测量

2.4本章小结

第三章炉管实验室试验

3.1炉管选取

3.2炉管试样原始宏观形貌

3.3炉管化学成分

3.4炉管力学性能

3.4.1硬度

3.4.2常温拉伸性能

3.4.3高温拉伸性能

3.4.4常温弯曲性能

3.5炉管组织

3.5.1金相分析

3.5.2高温拉伸断口形貌

3.5.3微观组织分析与讨论

3.6冲击试验

3.7本章小结

第四章炉管持久强度以及剩余寿命预测

4.1炉管持久试验

4.1.1持久试验试样的制备

4.1.2持久试验及结果

4.2炉管剩余寿命预测

4.2.1等温线法

4.2.2 L-M参数法

4.2.3剩余寿命分析

4.3本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

附录攻读硕士学位期间发表的论文和参与的科研项目