转化炉管材料的成长与选用

　转化炉的管系是转化炉的核心，包含上集气管、上尾管、转化管、（下尾管）、下集气支管、下集气总管。下集气总管根据制氢范围大小，一般采取热壁管和冷壁管，制氢范围较小转化炉设备，因出口管膨胀量不太大，不会造成下尾管设计上的艰苦，故常采取热壁管。制氢范围较大转化炉，其转化炉出口管受热膨胀量在300mm以上，因热应力产生较大的位移，单靠下尾管接收是弗成能的，临盆过程中经常有尾管接头断裂现象，而采取冷壁管可缓解这些抵触。因为下集气支管和下集气总管采取带衬里的全冷壁构造，使外壁温度降到200℃以下，大大减小了下集气支管和自身的膨胀量，从而无需应用下尾管。制氢转化炉管因为管壁温度很高，材质一般为HP-40Nb。今朝，设计时转化炉管已开端采取全冷壁管构造。转化炉管采取下支承向上膨胀的构造情势，其重量靠设置的弹簧悬吊，以削减热态下管系的应力。转化炉管上部有两根上集气管，经由过程上尾管与转化管连接，上尾管用于补偿上集气管与转化管之间不合偏向的位移。上集气管和上尾管因为工作温度较低（450~540℃），采取铬钼钢，转化炉管下部直接坐落鄙人集气支管上。转化炉管材料的成长与选用转化炉管材料开辟经历了几个阶段，早应用材料为18Cr/8Ni系列，其应用的温度和压力都不高（600℃以下包管耐热强度），后来对Cr和Ni的成分进行多次调剂实验，发明25Cr20Ni的热强度比较好，为进一步进步它的强度，把C的质量分数由0.1%进步到0.4%，开辟出HK-40高温离心锻造炉管作为转化管。在20世纪六、七十年代的烃类蒸汽转化管几乎都是用HK-40。当初的转化炉管不加工内孔，管壁厚高达22mm，且薄厚不平均，这不仅使炉管的内应力大、材料的重量大，且使成本居高不下，热效力低，造成介质转化效力低下，后经加工内孔虽有了改良，并且应用一段时光后，发明HK-40在800℃阁下的温度范围操作易产生有害的σ相。为了削减σ相产生，后来又临盆了改进型的HK-40mod。到80年代又把用于乙烯裂解炉炉管材料的HP系列高温无缝用于烃类蒸汽转化炉。HP耐热无缝是在HK系列基本上成长起来的，个中Ni的质量分数进步了15%。Ni是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素，在奥氏体不锈钢中，跟着镍含量的增长σ相形成的偏向明显降低。在碳含量雷同的前提下，HP比HK的共晶碳化物多，故使蠕变断裂强度进步。该钢的高应用温度可达1100℃。为了进一步进步炉管的高温蠕变断裂强度和高温韧性，在HP的基本上又添加了Nb，W，Mo和Ti等无缝元素，形成了一系列无缝炉管的钢种商标。个中HP-40Nb是今朝制氢转化炉应用较多的材料。HP-40Nb中含有Nb和W，而HK-40中没有这两种元素。Nb和W元素能进步材料的渗碳性，增长温度剧变时的抗裂性，从而进步材料的高温韧性，HP-40Nb线膨胀系数较HK-40小，而导热系数较HK-40高，从而进步了材料的抗热冲击机能。别的HP-40Nb中元素Nb，可以在无缝基体中产生渺小而平均分布的Nb（C和N）化合物，大大进步了无缝的高温抗蠕变强度，在1000℃时的高温强度比HK-40进步约80%。转化炉管HP-40Nb和HK-40成分和机能，将表1，表2。转化炉炉管的壁温分布见图2。高温段鄙人部，低温段在上部，一般认为温度高，炉管轻易破坏，而实际上炉管破坏都在中上部，在管内转化气温度600~800易破坏。这是因为炉管外壁温度高，内壁温度低，表里壁的膨胀不一样，使炉管产生了热应力，轻易造成炉管破坏。下部固然管壁温度高，但因为表里壁温差小，是以没有破坏。由此可见，高温炉管的掉效，温度应力是重要身分，温差应力大于由内压产生的应力。是以，今朝高温炉管的设计采取尽可能降低温差应力。在同样的压力和温度程度下为了降低炉管的温差应力，好的办法是削减炉管的壁厚。今朝，炉管的壁厚设计计算，是经由过程由拉森/米勒曲线求得材料的高温持久强度来计算的。是以，为了降低炉管的壁厚，只有进步炉管材料的高温持久强度。是以，这也是制氢转化炉选择HP-40Nb的原因。