影响一段转化炉管使用寿命的原因分析

1.一段转化炉概况

一段转化炉是合成氨装置的关键设备，炉管是转化炉的重要组成部分。原料经脱硫后与蒸汽混合，在转化炉对流段预热至500℃后进入转化炉管，在镍催化剂和高温条件下进行转化反应。炉管在900摄氏度的壁温和2.1兆帕的压力下连续运行。同时受到管内介质和管外高温烟气的侵蚀。工作条件很差。炉管采用高铬镍合金钢（25-20离心铸造），不仅投资大，而且资源匮乏。因此，延长炉管的使用寿命对一级转炉的使用具有重要意义。

影响炉管使用寿命的因素

2.1蠕变损伤

当金属温度上升到一定温度点时，虽然应力保持不变，但初始应变也是一个很小的弹性应变。随着时间的推移，材料结构的劣化逐渐产生蠕变空洞和蠕变裂纹。金属会缓慢而连续地变形，是不可逆的塑性变形，最终导致断裂。HK-40离心铸造管在高温下的蠕变损伤特性与普通铸造耐热钢相似。

当管子局部过热时，会引起蠕变加速和持久强度急剧下降。管的直径增大，管的厚度减小，从而使蠕变扩展速度相应加快。这将导致管子变红或局部出现红点，从而导致管子破裂。另一方面，转炉内外温差产生热应力，炉管内压引起的工作应力和自重应力也随应力增大而增大，蠕变应变速度加快。

2.2炉管局部过热

通过对换流管壁温的监测，结果表明，HK-40换流管的使用寿命与温度密切相关。随着壁温的降低，其使用寿命显著延长，而当长期保持较高的壁温时，其使用寿命显著降低。在过去，炉管的大部分损坏部分在距炉顶2-7米的范围内。裂纹均为轴向裂纹，均朝向燃烧器。裂纹是在高温下产生的。当换热管在高温下使用时，随着使用时间的延长，奥氏体组织中细小的弥散碳化物逐渐增多，聚集，碳化物直径随温度的升高而减小，时间较长。钢的蠕变强度随碳化物聚集量的增加而降低，这些碳化物又硬又脆，是裂纹或裂纹的成因。

通过改变炉管的化学成分，提高了炉管的耐高温性能和抗蠕变性能。目前，我国已开发出一些新型的改性合金，如HK-40VH和HP40NB。其性能明显优于HK-40炉管。