中石油蘭州石化公司化肥廠合成氨裝置原設計 以渣油為原料 ，生產能力為 300kt／a，1997年 12月投產，1999年達到 生產能力 。2001年 ，由于 國際市場上原油價格的上漲以及國家“西氣東輸”戰(zhàn)略的需要 ，裝置實施“油改氣”改造 ，改用天然氣替代渣油生產 。
合成氨裝置蒸汽過熱爐的作用是將氣化單元廢熱鍋爐產生的 10．5MPa、314oC的飽和蒸汽過熱為 495oC±10oC的過熱蒸汽。蒸汽過熱爐原設計燃料為渣油 ，2001年合成氨裝置 “油改氣”后 ，改用天然氣替代渣油作為加熱燃料，過熱爐爐體結構等保持不變 ，其他工藝條件也不變 。該蒸汽過
熱爐的爐管每 12根 為一組 ，每組前 4根材質 為T22，后 8根材質為 TP304H，爐管規(guī)格為 +88．9mill×8．9mill，爐 管長度為 11010mm，整個 爐膛有 10組完全相同的爐管緊貼爐壁排列成一周 。
蒸汽過熱爐爆管經過
2005年 8月 19日，合成氨裝置復 工，蒸汽過熱爐在蒸汽并人時 ，由于蒸汽管網壓力波動，蒸汽流量變化較大 ，天然氣流量調節(jié)滯后 ，造成爐膛超溫(約 800oC)，蒸汽過熱爐爐管發(fā)生爆裂 ，搶修 3d后投人生產。2006年 6月裝置停車檢修時，更換全部爐管 ，7月投人生產。截至爆管時為止 ，總運行時數約 63000h，其中油改氣后運行約 28000h。300mln)，如圖 1所示。圖 1 爐管爆管口形狀 圖 2 蒸汽過熱爐爐管變 形情 況
爆管現象及原因分析
蒸汽過熱爐爆 管后將其切出 ，經檢查發(fā)現一 工設備與機械專業(yè)，助理工程師，現在中石油蘭州石化分公司化根蒸汽人 口管爆裂(爐管材質為 T22，裂長度300mm)，如圖 1所示爐管的 31．7％。并且伴有局部表面結焦 、有一定的高溫氧化腐蝕現象 ，尤其是在進 口管排(材質 為T22)處 以上現象表現的尤為明顯(見 圖 2)。通過分 析 發(fā)現 ，由于 天然氣 的燃 燒 熱值 為8．4×107J／m3，渣油燃 燒熱值 為 4．06×10J／rn3，天然氣燃燒 的火焰 溫度遠 高于渣油 ，“油改氣 ”后實際操作 爐膛溫度較改 造前提高 了約 50℃。且由于設計原因天然氣調節(jié)滯后，易出現超溫現象，使過熱爐爐管長期處于高溫環(huán)境 ，導致其局部管徑膨脹 、管壁減 薄。同時 由于操作原 因，在 2005年 4月曾經發(fā)生過過熱爐嚴重超 溫事故 (爐膛溫度約 950oC)，雖 當時未造成 爐管爆裂 ，但對 爐管的使用壽命造成極大影響蒸汽過熱 爐爐 管材質 采用 TP304H和 T22，TP304H鋼屬奧氏體不銹耐熱鋼 ，在長期高溫運行過程中組織結構不夠穩(wěn)定 ，會逐漸轉變 ，容易產生晶問腐蝕 ，特別是在焊 口近焊縫 區(qū)及彎管后彎頭處易出現晶間裂紋 ，有 時金 相組織 中還能發(fā)現晶界析出一定 的 相 ，使鋼的沖擊韌性值下降。T22鋼屬貝 氏體耐熱 鋼 ，其典 型組織 為回火粒狀 貝氏體 +鐵 素體 ，其組分是在低碳鋼的基礎上，添加一定的鉻 、鉬等合 金元素 ，以增加原子間的引力，對金屬組織 中的鐵素體起 固溶強化作用 ，從而提高了鋼的耐熱強度和抗氧化性能。該材質如果長期在高溫下使用，碳化物會逐步發(fā)生球化，組織 中碳化物呈彌散分布 ，或逐漸沿晶界成鏈狀分布并長大 ；而 固溶在 內部 的鉻 、鉬等合金元素原子會受熱激活 ，并在應力 的作用下使 品格結構發(fā)生擴散遷移運動 ，部分合金元素原子與碳結合成為合金碳化物 。在 T22鋼 中，除了合金元 素強化固溶體而提高基 體的耐熱性以外 ，過飽和 固溶體中沉淀出的第二相，即沉淀強化也可以提高合金鋼的耐熱性 ，如六方 晶系的 Mo2C、CrTC、C 3c6等在溫度較低時會起到明顯的沉淀強化作用 。但由于 C c6的不穩(wěn)定性 ，在溫度超過 540oC時 向 C轉變 ，且運行溫度愈 高，相結構轉變 的速度愈快，而 JⅥ6c型碳化物會使鋼的耐熱性 顯著降低。以上種種變化過程直接影響過熱爐爐管的使用性能。3 搶修情況及運行根據有 關規(guī)定 l】，，對 于工作 溫度 大于等 于450oC的高溫金屬部件或工作壓力大于等于 6MPa的承壓管道和部件 ，當發(fā)現下列情況之一時 ，應及時更換 ：合金鋼過熱器 和再 熱器 管外徑蠕變變形大于 2．5％；碳素鋼 過熱器和再 熱器 管外徑蠕 變變形大于 3．5％；表面有氧 化微裂紋 ；管壁 減薄到小于強率計 算 壁厚 ；石墨化達 4級 (對碳鋼 和鉬鋼)。而該蒸汽過熱爐爐管 的蠕變變形量接近上述規(guī)定的 10倍 ，因此必須對全部爐管進行更換 。但是 由于該事件是突發(fā)事件 ，事先 沒有準備好 更換用的爐管 ，因此 只好割掉爆 管段 的爐管 后進行焊接 ，并且對過熱爐的工藝操作進行了規(guī)范 ，杜絕超溫事故發(fā)生 。考慮到加熱用 的燃料改為天然氣以后操作工藝條件的變化 ，原先 的爐 管材質 已經不 能滿足現場實際生產 的需要 ，因此需根據實 際工 藝條件對爐管材質進行重新設計 ，使之具有耐高溫性 ，高的抗拉強度 、高溫蠕變和持久 強度 ，低的熱膨脹性 ，良好 的導熱性 、焊接性和抗 氧化性 ，高的韌性 ，且表面裂紋易被檢測等優(yōu)點 ，以更好 的適應 現場生產 的需要。經過對 比材料性能 ，決定采用 TP347H鋼作為更新 爐管的材質。
