[發明專利]一種基于材質劣化分級的HP40Nb爐管的壽命評估方法

有效

• 申請號: 201910853595.8
• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN110555280B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 韓志遠;曹邏煒;謝國山;杜晨陽;錢曉龍;李偉;邢健
• 申請（專利權）人: 中國特種設備檢測研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01N21/84;G01B17/02
• 代理公司: 北京領科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11690
• 代理人: 艾變開

本發明公開了一種基于材質劣化分級的HP40Nb爐管的壽命評估方法，具體包括以下步驟：(1)爐管金相組織特征觀察、(2)爐管壁厚及蠕脹檢測、(3)爐管材質劣化分級、(4)爐管材料持久性能確定、(5)爐管應力計算、(6)爐管壁溫確定、(7)爐管壽命評估。

技術領域

本發明涉及一種對石化領域高溫管式加熱爐爐管的壽命評估方法，具體涉及到一種基于現場金相檢測以及材質劣化分級，對在役高溫管式加熱爐輻射段HP40Nb爐管進行壽命評估的方法。

背景技術

大型管式燃料加熱爐是石油化工企業中廣泛應用且必不可少的重要設備。爐管系統是管式加熱爐的重要構件，輻射段爐管壁溫可高達950-1150℃，因此通常選擇HP系列離心鑄造合金作為爐管材料，例如HP40Nb(25Cr35NiNb)爐管。這種爐管的設計壽命一般可達10萬小時，但是由于爐管長期處于火焰、煙氣、高溫及管內介質壓力和腐蝕的苛刻操作環境中，極易產生滲碳開裂、彎曲、蠕變開裂、熱疲勞開裂、鼓脹、氧化及高溫硫腐蝕等損傷及失效事故，實際運行壽命在3萬小時到18萬小時之間不等，取決于材料的質量及操作工況。爐管無法達到設計壽命即發生失效，造成非計劃停車不僅會給生產上造成巨大的經濟損失，而且運行過程中爐管失效會造成氣體泄漏，誘發安全事故。此外，爐管系統的投資費用約占加熱爐投資費用的50％，爐管更換周期的合理確定，可節省大量費用。因此對在役爐管的壽命評估和失效預測對于裂解爐的正常運行具有重要意義。

目前，我國標準中對爐管壽命的評價較為粗略。SHS03001-2004《管式裂解爐維護檢修規程》中3.2.2條的規定，當由滲碳、蠕變等原因引起的裂紋深度超過壁厚1/2的，滲碳深度大于管壁厚的60％的，輻射段爐管蠕脹量超過外徑的5％或周長增加3％以上的，應考慮對爐管實施更換；SHS?05001-2004《一段轉化爐維護檢修規程》規定，蠕脹率達到2％-5％，或蠕脹率較上一周期成倍增長時，應及時更換；SH/T?3037-2002《煉油廠加熱爐爐管壁厚計算》給出了基于參數外推方法的爐管壽命計算方法，但僅提供了爐管原始材料的持久性能數據。而實際已長期服役爐管由于發生了高溫材質劣化，其持久性能已偏離了原始材料，因此這種壽命評估方法與實際情況差異較大。針對這一問題，一些研究采用割管試驗的方法，得到了已材質劣化爐管的持久性能，并更加精確的采用參數外推方法計算了爐管壽命，但這種方法是破壞性方法，效率較低，成本也較高。因此，目前還缺乏考慮爐管材質劣化的非破壞性的在役爐管壽命評估方法。

現場金相檢測是爐管材質劣化的重要非破壞性檢測方法之一，傳統方法通常根據金相中碳化物形貌及蠕變孔洞或裂紋等材料微觀組織特征，憑借檢測人員經驗來定性評估爐管損傷及劣化狀態。一些文獻給出的爐管材質劣化評價方法，則主要通過分析碳化物和蠕變空洞等特征進行半定量評價，雖然能夠反映出爐管的材質劣化程度，但卻無法對壽命進行更加準確的定量評價。

針對以上問題，本發明開發了一種基于現場金相檢測以及材質劣化分級，對在役高溫管式加熱爐輻射段HP40Nb爐管進行壽命評估的方法，從而用以更加準確的評估爐管的損傷狀態。

發明內容

為更加準確的評估高溫管式加熱爐爐管的剩余壽命，本發明開發了一種基于現場金相檢測以及材質劣化分級，對在役高溫管式加熱爐輻射段HP40Nb爐管進行壽命評估的方法。本發明主要應用于對不含滲碳損傷的制氫轉化爐爐管剩余壽命進行定量的評估判斷，從而做出預警，減少裝備及人員傷亡等損失。

本發明的評估方法包括以下步驟：(1)爐管金相組織特征觀察、(2)爐管壁厚及蠕脹檢測、(3)爐管材質劣化分級、(4)爐管材料持久性能確定、(5)爐管應力計算、(6)爐管壁溫確定、(7)爐管壽命評估。具體如下：

(1)爐管金相組織檢測

對停工狀態的X個典型位置爐管外表面進行打磨及電解拋光，然后進行現場金相檢測。得到X個典型位置的爐管金相組織特征J(1)…J(X)。

(2)爐管壁厚及蠕脹檢測