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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流合成氨厂一段炉分气管致裂原因分析.精品文档. 合成氨厂一段炉分气管致裂原因分析 中原大化集团公司 朱小四摘要: 对一段炉分气管裂纹的形成原因进行了分析和探讨，并提出解决此问题的对策。关键词：一段炉 管道裂纹 分析 对策 在合成氨装置中，一段炉不仅因为其投资巨大，更因其所处位置重要，操作水平、管理技术水平要求高等原因，处于无可替代的龙头地位，它运行状况的好于坏，对整个合成氨装置的稳定、高效运行，具有重大影响。但自95年以来，某合成氨装置一段炉转化管入口的分气管管道上，相继出现裂纹，工艺气大量外泄，不仅影响着一段炉的安全运行，更对全装置的长周期、
2、安全、高效生产形成重大威胁。1 问题的出现 图1为分气管的布置图，到目前为止，这些管道上出现的裂纹主要产生在两个部位：图 分气管布置图 图 分气管吊架结构1.分气管吊架处 分气管吊架处的裂纹，产生于吊架垫板与分气管之间的焊缝上，如图所示区域A。自96年4月首次发现此类裂纹以来，已在8个位置，20多处产生裂纹，多次造成全厂停车，其中有4次是在合成氨装置长周期稳定运行50天以上时，造成停车，造成了巨大的经济损失。1.分气管吊架两侧 最近一年多的时间内，在分气管吊架两侧，猪尾管与分气管管台之间的焊缝上，频繁出现此类裂纹，如图所示区域B。98年3月首次发现此类裂纹，至今已在4个类似位置出现较大的裂纹，
3、并在其它类似位置也发现了较多的微裂纹，其中2次停车处理，2次趁装置事故停车机会进行了处理，也造成了较大的损失。2 裂纹成因分析 从管道裂纹的产生部位来看，具有一定的规律性，下面分别对这裂纹的产生原因作一分析和探讨。2.分气管吊架处裂纹 该处裂纹的基本特征，就是沿吊架垫板与分气管之间的焊缝而开裂，且裂纹微观走向呈45角。下面从设计、操作、微观分析等方面探讨裂纹的成因。2.1 设计 图中标出了96年4月首次发现的此类裂纹的位置。分气管管系支承的原始设计思路是：分气管的重量靠11个弹簧吊架和端部的两个滑动支架来承担，而在弹簧吊架和分气管之间，靠垫板连接，垫板与分气管之间满焊，分气管的载荷，由这些焊缝
4、承担。根据这种设计，焊接完毕，垫板将对分气管产生较大的拘束应力，当进入运行状态时，由于分气管与垫板之间存在的较大的温差，分气管管壁温度高于垫板温度，使得这种拘束应力急剧增加，尤其是分气管母材的热影响区，运行条件极为恶劣，再加上装置开、停车频繁，时有工况剧烈波动，该处因温度的变化遭受交变应力作用，最终将因这种热疲劳而产生裂纹。焊接 该部位在焊缝的猪尾管一侧热影响区中的过热区，母材晶粒变粗大，力学性能受到极大影响，硬度上升，塑性下降，这样，就容易在焊接质量相对较差，热处理相对不彻底的焊接部位，最先产生裂纹。2.2吊架预紧力 从该部位多次出现的裂纹来看，环向裂纹居多，且均在分气管的正上方，类似第一次
5、发现的纵向裂纹，在对吊架改造为兜挂式之后，并不多见，由此可见，分气管顶部所受拉应力要高于底部，而我们曾多次按原始设计数据，对分气管弹簧吊架的预紧力进行调整，因此，该预紧力原始设计是否偏高，值得怀疑。 经计算，中间四只弹簧吊架原始设计运行时的预紧力总和为G1=1200 Kg，该段分崐气管自身重量经计算为G2870Kg, G1G2，考虑到分气管端部设有滑动支承，入口崐管本身也起一定的支承作用，可以初步认为弹簧吊架的设计预紧力偏高。2.1.3蠕变、 在运行状态，该部位上方受拉应力作用，在高温、高压条件下长期运行，逐渐产生塑性变形，即蠕变，当这种蠕变逐渐积累，达到一定程度后，便萌生裂纹，并发展至贯穿管
6、壁开裂，而后进入稳定扩展期和快速扩展期。2.1.4操作 除装置开、停车对裂纹的形成与发展有重要影响之外，运行过程中介质的压力、温度的变化，也能导致该处受力状况的改变，从而有利于裂纹的产生。2.1.5金相组织 对裂纹部位的试样进行电镜观察后发现，其组织的晶界中有白黑相间的带状物存在，从金相学上看，这种带状特征，是晶界上出现了贫铬富镍，并伴有部分氧渗入后的成份偏析所致，而正是这种晶间腐蚀，形成了裂纹的根源。图 金相照片2.1.6能谱分析表 能谱分析表是能谱分析的结果，结合图可以看出，带状物中间白色区域镍含量高而铬含量低，不易腐蚀而呈现白色，其两侧的黑色带上铬相对较低，而氧含量较高，因而呈现出黑色特
7、征，这就形成了图所示的带状特征。结合上述分析的设计、吊架、蠕变、操作等原因，将会在分气管的焊缝处首先出现这种损伤，并在其前端的尖端应力场的作用下，在其端部首先开裂，形成微裂纹，并由此扩展。 有报道称，其它具有类似设计的大型氨厂也出现了相同的问题，这足以说这种设计存在本质上的缺陷，同时也有大型氨厂承包商改变此种设计的报道。2.3分气管吊架两侧裂纹这里的裂纹，与分气管裂纹出现的位置相似，也在焊缝的溶合线处，此处的焊缝没受到外力的作用，这也是此处裂纹的出现晚于吊架处的原因。但装置的开、停车过程中，分气管的膨胀与收缩受到管座的制约，由此而产生的应力大部分集中在焊缝处，最终也将出现裂纹。3.处理措施 分
8、气管和护板，材质均为SB407 Gr800H(ASME)，属镍基奥氏体高温合金，具有中等焊接性能，在高温下有较高的强度。 在吊架护板焊缝处逐渐出现裂纹后，对10个吊架的结构进行了改造，即用一段管子将分气管从原吊架处兜起来，然后将原来的吊架护板焊在这段管子上，从而避免了在分气管上进行焊接，结构如图4所示。随后，又借大修机会，对6段吊架处分气管进行了更换，经此改造，该处产生裂纹的问题基本得到了解决。但是，出现裂纹的位置开始向吊架两侧发展，对此，依然采取部分换管的方法。借99年大修之际，将未经更新的分气管全部更换，彻底解决了该问题。 图44. 结束语41一段炉管道裂纹严重制约了装置的正常生产，应尽早
9、对问题进行分析与研究，提出根治此类问题的措施。4. 尽量减少装置停车，尽量使装置稳定运行，减少工况波动，将大大有利于延长一段炉分气管的使用寿命。4. 结合一段炉管道改造后的情况，对猪尾管、分气管弹簧吊架的预紧力进行重新核算，并对弹簧吊架的性能进行重新测试。表 能谱分析数据试件 测量点 16.87 30.56 50.90 0.92 0.48 4.60 42.28 52.16 0.49 0.39 1.31 42.61 54.82 1.01 0.12 8.44 34.99 55.59 0.42 0.48 14.12 31.85 44.93 8.27 0.43 17.36 29.69 51.14 1.23 0.40 14.38 33.47 50.63 1.01 0.29 2.80 41.76 54.17 1.03 0.21 14.30 32.86 51.12 1.03 0.50 19.41 28.82 50.12 0.98 0.51 22.08 26.64 41.41 0.09 0.06 6.6726.36 24.74 38.44 0.22 0.23 9.322.64 41.12 56.08 0.14 0.01 1.5014.75 30.86 46.62 1.25 0.22 4.37 19.7628.95 47.05 1.09 0.26 0.73作者联系方式，xiaosi.zhu