高温炉管安全评价及寿命预测系统课程.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,*,10/2/2021,1,高温炉管安全评价及寿命预测系统,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第1页,石油化工行业是当代工业体系中主要组成部分，制氢炉、转化炉、裂解炉是石化行业关键高温设备，高温炉管是这些设备关键部件。炉管服役条件恶劣，承受高温(9001200)、高压(2.55MPa)及夹带颗粒腐蚀性气体冲蚀。,前 言,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第2页,服役过程中会发生蠕变、热疲劳、氧化、渗碳、腐蚀等现象，造成炉管性能劣化甚至失效。任何一根炉管损坏，均将造成整个装置停车，除造成巨大经济损失外，还极易引发怒灾、爆炸和人身伤亡事故。,前 言,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第3页,制氢炉,转化炉,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第4页,炉内炉管排列,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第5页,图1 炉管爆裂,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第6页,图2 高温炉管蠕变裂纹,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第7页,对炉管性能要求：,良好抗渗碳性能；,良好耐腐蚀性能；,良好抗高温蠕变性能；,良好抗热疲劳性能；,良好抗氧化性能良好导热及焊接性能,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第8页,当前我国惯用型号HK40、HP40、HP50等。,图1 HK40炉管铸态原始组织(100),图2 HP40炉管铸态原始组织(100),基体组织均为A+M,7,C,3,。,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第9页,图3 高温炉管铸态组织示意图,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第10页,图4 高温炉管宏观组织示意图,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第11页,合金元素,C,Si,Mn,P,S,Ni,Cr,Mo,HK40,0.350.45,0.502.00,1.5,0.04,0.04,19.022.0,23.027.0,0.50,HP40,0.370.45,2.00,1.25,0.03,0.03,34.037.0,24.027.0,0.50,表1 HK40和HP40高温炉管化学成份,HP40耐热钢其Ni含量比HK40提升了15%，目标是为了提升炉管在高温区性能。Ni 含量增加也提升了抗氧化和抗渗碳能力，降低了碳在奥氏体中溶解度。在含碳量相同情况下，HP40比HK40炉管共晶碳化物多，故使蠕变断裂抗力提升。,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第12页,造成炉管失效原因大致可分为以下三类：,1、外应力或热应力引发失效：蠕变变形；蠕变断裂；热疲劳破坏等。,2、腐蚀引发失效：氧化；渗碳；氢腐蚀；硫腐蚀；钒腐蚀及氮化等。3、材质劣化或材质缺点引发失效：,相脆化；组织劣化；475脆化；材质冶金缺点等。,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第13页,温度、应力均为常数,伸长率,时间,减速期,等速期,加速期,图5 高温炉管蠕变曲线,首先在管壁内产生空洞，空洞几乎都在碳化物与基体交界处形成。随蠕变进行，空洞增加并沿碳化物连接起来形成微裂纹。随即，裂纹先向内侧，后向外侧扩展，在炉管内压及热应力等作用下，最终造成炉管开裂。,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第14页,破裂管,新管,蠕变孔洞,图6 高温炉管蠕变裂纹,蠕变裂纹,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第15页,当前高温炉管安全评价技术体系：,涡流检测,化学成份分析,渗透检测,渗碳层厚度测量,超声检测,腐蚀情况分析,组织分析,常温力学性能测试,蠕胀测量,高温力学性能测试,硬度测量,X射线衍射分析,应力计算 扫描电镜观察,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第16页,超声检测,：高温炉管是离心铸造奥氏体不锈钢，料晶粒粗大、表面粗糙。超声波检测大晶粒奥氏体不锈钢碰到两个主要问题是粗大树枝状晶和晶粒择优取向，因为声阻抗改变，晶界散射使较大部分能量耗散在晶界上，常规超声检测方法是无法进行检测。,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第17页,图7 高温炉管粗大树枝状组织,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第18页,图8 超声反射法检测,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第19页,早在70年代末，国外就投入了大量人力物力开展了高温炉管检测技术研究，1982年，美国Conam企业在我国,辽河化肥厂进行了首次现场实际检测，但其关键技术一直对外保密。伴随我国国民经济发展，大型炼油装置和合成氨装置不停引进，迫切需要快速、准确高温炉管检测技术。,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第20页,国内最早开展高温炉管检测技术研究是大连理工大学，从1983年开始就着手此项技术研究，成功地开发了利用透射法检测HK40材料高温炉管，波形清楚，定性准确，并在炉管损伤形式、级别评定及寿命预测方面进行了大量研究工作，成功地替换国外技术在全国进行了推广应用。,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第21页,图7 超声透射法检测,T,n,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第22页,爬管机,高,温,炉,管,探头,图8 超声波检测系统,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第23页,统计系统,爬管机,图9 超声检测设备,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第24页,图10 超声检测统计曲线,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第25页,图11 获奖证书（1）,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第26页,个人介绍,图12 获奖证书（2）,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第27页,本项目已被辽宁省科技厅列为年辽宁省第一批重大共性推广技术,本项目已申报年全国安全生产百项先进适用技术,图13 获奖证书（3）,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第28页,主要应用单位（排名不分先后）,中国石油大连石化企业,大连西太平洋石油化工有限企业,齐鲁石化胜利炼油厂,石家庄炼油厂,烟台玛奴尔合金炉管厂,齐鲁石化第二化肥厂,抚顺石油三厂,烟台百思特合金炉管厂,中油辽河石化分企业,湖南洞庭氮肥厂,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第29页,盘锦化工有限责任企业,杭州大通合金炉管厂,扬州新华合金炉管厂,辽阳石化分企业化工一厂,广东华立合金炉管企业,本溪北方化工集团,新疆阿克苏华锦化肥有限责任企业,巴陵石化鹰山石油化工厂,河南中原化肥厂,中石油大港石化分企业,中国石化杭州炼油厂,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第30页,北京燕山石化化工一厂,黑龙江化工总厂,胜利油田化工有限责任企业,中国石化金陵石化企业炼油厂,辽阳石化分企业炼油厂,辽河油田化工总厂,中国石化镇海炼化分企业,齐鲁石化第一化肥厂,中石油锦西石化分企业,中国石化天津炼油厂,中石油青海油田格尔木炼油厂,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第31页,伴随炉管逐步改用薄壁HP-Nb材料，而且检修期间隔越来越长，原有检测技术就显得比较粗糙，伎俩比较单一，当前国际国内在HP-Nb材料检测技术上还依赖原有超声检测技术，也无对应国家标准和规范，只有原美国CONAM企业针对HK40材料企业规范。,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第32页,改进1：操作系统。,选区光阑,波形回放,焊缝标注,存放打印,图14 改进操作系统,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第33页,图15 统计曲线（1）,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第34页,图16 统计曲线（2）,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第35页,改进2.设计了可调参数探头架。,图17 不一样壁厚炉管声束传输路径,(a)HK40厚壁管 (b)HP40薄壁管,(a),(b),高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第36页,红外摄像,长度计量,焊缝自动识别,蠕胀测量,遥控运行,自动换向,缺点标识,改进3.增加爬行装置功效。,图18 炉管爬行装置,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第37页,改进4：蠕胀连续测量。,下一步计划：,非接触检测；,损伤级别评定；,蠕变损伤早期预警；,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第38页,组织分析,：炉管组织改变是评价炉管状态主要伎俩之一。,基体组织：A+M,7,C,3,。,随运行时间增加，骨架状碳化物网链状，网链状越显著，组织劣化越严重。二次碳化物析出，弥散状块状，致使材料持久强度和硬度降低，高温力学性能严重下降。,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第39页,HP炉管900服役2万小时微观组织,(奥氏体+晶内时效析出细小碳化物),HP炉管铸态(新管)微观组织,(奥氏体+M,7,C,3,碳化物),M,7,C,3,碳化物,HP炉管900服役8万小时微观组织,(奥氏体+晶内粗化二次碳化物+晶界网链状碳化物),M,23,C,6,碳化物,HP炉管900时效12万小时微观组织,(奥氏体+晶界网链状碳化物）,图19 几个不一样状态下HP-40Nb炉管微观组织,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第40页,蠕胀测量,：炉管长久在高温、高压下运行时，不可防止地会产生蠕胀现象，造成炉管外径发生改变。,硬度测量,：组织改变造成硬度下降。,化学成份分析,：运行时间延长，化学成份发生改变。,X射线衍射,：观察组成相改变。,力学性能测试,：常温、高温。,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第41页,渗碳层厚度测量,渗碳致使炉管有效壁厚减小，应力增加，造成早期损坏。,图20 渗碳检测装置结构示意图,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第42页,剩下寿命评定,图21 炉管剩下寿命评定过程示意图,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第43页,声束传输路径设计,交互式爬管机设计,检测及评价模块设计,检测灵敏度试验,炉管损伤级别评定,蠕变试验,持久强度试验,金相复膜分析,硬度试验,裂纹扩展试验,寿命预测模型构建,剩下寿命预测,渗碳层厚度检测,图22 炉管检测及寿命评定技术路线,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第44页,谢谢各位领导！,高温炉管安全评价及寿命预测系统课程,第45页,