乙烯裂解炉辐射段炉管焊接接头性能研究

摘要

随着人们物质水平的逐步提高，社会对乙烯的需求越来越高。一个国家乙烯产量的多少直接反映出国家化工行业发展的水平。经历了几十年的发展，无论是生产乙烯的原料还是乙烯设备均有了较大的发展。生产乙烯的设备中最为核心的装置就是乙烯裂解炉，乙烯裂解炉中的核心部件则是辐射段炉管，炉管的发展也由最初的HK系列发展为如今的HP系列以及更具优良性能的炉管。裂解炉在运行的过程中炉管承受着高温、结焦、渗碳、热疲劳等一系列复杂的工况条件，本文中使用的HPM裂解炉辐射段炉管虽然具有很强的耐高温性、抗渗碳性、抗蠕变性等优点，但是由于炉管工况条件的复杂性会使炉管在达到服役使用寿命前发生损伤。由于炉管成本高，所以服役炉管在发生局部损伤后一般采用局部更换的方式进行修复，每定制一批新炉管需要一定的周期，所以有些尚可使用的旧炉管也会在维修中使用，这样也可以达到节约成本的目的。一般在对服役炉管进行维修的过程中采用的焊接方式为背面冲氩气保护打底焊，但是有些位置的焊接受到现场条件的限制无法用背面充氩保护的方式进行，所以本文中还研究了背面涂敷焊剂保护打底焊的方法。
　　本文首先对一整根服役炉管从底部到顶部每隔两米用宏观磁粉检测法、腐蚀试验检测法、微观金相检测法三种不同的方法进行渗碳程度的检测，找出服役炉管渗碳最为严重的部位。然后用显微镜和扫面电镜观察旧炉管从内壁到外壁的组织变化，从距离底部4米处截取旧炉管。将实验分为三组分别是：新炉管与新炉管焊接、新炉管与旧炉管焊接、旧炉管与旧炉管焊接。每一组中又采用两种不同的打底焊方式进行焊接，根据新旧炉管的焊接性以及力学性能制定了相应的焊接工艺。
　　对每组焊接接头进行100％的射线检测，需达到100%二级合格。然后对每组焊接接头以及新旧母材进行化学成分、硬度、宏观金相、微观组织、室温力学性能、高温力学性能、腐蚀性能的检测。通过实验比较可以发现，背面涂敷焊剂打底焊的焊接接头性能接近于背面充氩保护打底焊，涉及到旧炉管的焊接接头性能稍优于或接近于旧炉管母材的性能，说明此种焊接工艺满足现场对旧炉管的检修要求。在以后的检维修过程中当由于现场条件所限无法采用背面充氩气保护焊接时可以采用背面涂敷焊剂保护的焊接方法。

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第1章 绪 论

1.1乙烯工业概况

1.2乙烯裂解炉炉管工况及其反应原理

1.3乙烯裂解炉炉管材质的发展

1.4炉管失效形式

1.5本文研究的意义及内容

第2章 乙烯裂解炉辐射段炉管焊接工艺

2.1实验材料

2.2焊接工艺的制定

2.3焊前准备及工艺参数的确定

2.4焊接过程中注意事项

2.5本章小结

第3章 炉管焊接接头成分、金相组织及力学性能

3.1焊接接头成分

3.2焊接接头金相组织分析

3.3焊接接头室温力学性能

3.4焊接接头高温力学性能

3.5本章小结

第4章 炉管焊接接头腐蚀性能分析

4.1抗晶间腐蚀性能

4.2抗应力腐蚀性能

4.3抗点蚀性能

4.4本章小结

第5章 炉管渗碳层的检测

5.1宏观磁粉检测法

5.2腐蚀试验检测法

5.3微观金相检测法

5.4不同检测方法的优劣

5.5本章小结

结论

参考文献

致谢

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