專利名稱：：一種制氫轉(zhuǎn)化爐出口集合管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用國內(nèi)采用離心鑄造技術(shù)生產(chǎn)的ZGlCr20Ni32特大口徑高合金管材代替現(xiàn)在石油化工制氫轉(zhuǎn)化爐出口集合管用的1Cr20Ni32和Crl6Ni36進口軋材。
背景技術(shù)：
：石化煉廠制氫裝置是為加氫裂化裝置提供氫氣。制氫轉(zhuǎn)化爐是制氫裝置的核心設備之一，溫度50(TC的烴類原料進入轉(zhuǎn)化爐與爐管內(nèi)催化劑接觸，在溫度80082(TC和壓力2.5MPa的條件下進行裂解與轉(zhuǎn)化反應。高溫轉(zhuǎn)化氣經(jīng)各下尾管匯集到出口集合管，再進入工藝裝置。出口集合管處于轉(zhuǎn)化爐管路系統(tǒng)末端，在高溫下除承受介質(zhì)壓力外，還要承受轉(zhuǎn)化爐管與尾管間、各轉(zhuǎn)化爐管間的熱膨脹差，以及自身兩端膨脹引起的熱應力，它在整個管路系統(tǒng)中受力情況最為復雜。出口集合管運行的好壞，關(guān)系到加氫、制氫裝置的投資和收益。它價格昂貴，操作條件極為苛刻，因此選材十分重要。轉(zhuǎn)化爐爐管使用HK-40材料已有30多年歷史，生產(chǎn)操作中未出現(xiàn)過問題。產(chǎn)氫氣量小于30dam7h的轉(zhuǎn)化爐，其出口集合管以前為熱壁集合管，也采用過HK-40材料。在高溫操作環(huán)境中，由于高溫時效，碳化物大量析出，致使出口集合管變脆，而不能繼續(xù)承受操作中由于膨脹造成的彎曲應力，因而出現(xiàn)過一些事故。后來使用進口高合金管材，如用1Cr20Ni32、Crl6Ni36等軋制管材作出口集合管使用至今一直未出現(xiàn)問題，故現(xiàn)在的轉(zhuǎn)化爐出口集合管也一直采用進口材料。但是，國外訂貨要經(jīng)過招商、技術(shù)談判、成品復檢與問題處理等多道手續(xù)，要花費許多時間，經(jīng)常因此而影響轉(zhuǎn)化爐施工進度。另外，進口管材價格過高，因而增加了工程投資。目前我國有近百臺在役轉(zhuǎn)化爐需要更新材料，許多企業(yè)還要興建轉(zhuǎn)化爐。因此尋找一種既好又省的出口集合管管材已迫在眉睫。對出口集合管材料的要求-(1)出口集合管在高溫下使用，因此要求其材質(zhì)具有良好的高溫力學性能，并有較高的抗氧化和抗腐蝕能力。(2)管內(nèi)介質(zhì)溫度高，出口集合管受熱變形大，操作條件又比爐管苛刻，因此要求管材具有良好的塑性。(3)出口集合管開孔多，需要有幾十或上百個加強接頭與各下尾管連接。同時集合管的制造是先生產(chǎn)管段，再拼接成所需要的長度，焊接工作量很大，故材料可焊性要好。(4)煉油廠制氫裝置產(chǎn)氫量經(jīng)常在變化，轉(zhuǎn)化爐負荷也在變化，故出口集合管要能適應負荷與操作溫度的變化。我國目前大口徑高鉻鎳奧氏體不銹鋼軋制管材還不能生產(chǎn)，但生產(chǎn)離心鑄造高合金管材歷史很久，有較成熟的技術(shù)與經(jīng)驗，可以生產(chǎn)材質(zhì)與軋制相同(1Cr20Ni32)的高合金離心鑄材(下簡稱代用材料)代替進口軋材來制造出口集合管。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是用國內(nèi)采用離心鑄造技術(shù)生產(chǎn)的同材質(zhì)ZGlCr20Ni32高合金管材代替制氫轉(zhuǎn)化爐出口集合管用的1Cr20Ni32和Crl6Ni36進口軋材。本發(fā)明所述的制氫轉(zhuǎn)化爐是將50(TC烴類原料在爐管內(nèi)與催化劑接觸，介質(zhì)被加熱到80082(TC，在2.5MPa條件下進行裂解與轉(zhuǎn)化反應，高溫轉(zhuǎn)化氣經(jīng)各下尾管匯集到爐外出口集合管再進入工藝裝置。制氫轉(zhuǎn)化爐由輻射室、對流室、煙囪、爐鋼架、爐襯、轉(zhuǎn)化爐管路系統(tǒng)(轉(zhuǎn)化爐管、進口與出口集合管、上下尾管)、對流爐管和燃燒器組成。出口集合管位于制氫轉(zhuǎn)化爐爐體外底部與下尾管匯集處與下尾管連接。出口集合管除受介質(zhì)壓力外，還要承受轉(zhuǎn)化爐管與尾管間、各轉(zhuǎn)化管間的熱膨脹差以及自身膨脹引起的熱應力，受力情況最為復雜。原用1Cr20Ni32和Crl6Ni36進口軋材作為管材，現(xiàn)改為用國內(nèi)采用離心鑄造技術(shù)生產(chǎn)的ZGlCr20Ni32高合金管材。1.對ZGlCr20Ni32高合金管材的分析(1)高合金奧氏體不銹鋼軋制管材主要是鋼管在軋制過程中經(jīng)過擠壓變化，金屬組織變動與重新分布，使組織致密、均勻，因而鋼材延展性好，蠕變斷裂強度高，通常把高溫蠕變斷裂強度的高低作為爐管壽命的主要指標之一。ZGlCr20Ni32具有良好的塑性，受熱沖擊性較高，高溫性能好，用在熱應力較大的出口集合管部位是可行的。(2)離心澆鑄管材是將熔融的合金液澆注到變速旋轉(zhuǎn)的型筒中。在離心力的作用下，合金液布滿型筒而隨之轉(zhuǎn)動，最后凝固成鑄件。離心力可使合金良好地補縮，厚薄一致，并使夾雜物和氣體漂移到內(nèi)表層，經(jīng)機械加工除去疏松層以獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。這種管材的合金結(jié)晶較細，無氣孔、非金屬夾雜物和縮孔，組織致密，機械性能較好。添加微量的Nb、Ti等元素進行微量合金化，生成穩(wěn)定的碳化物，可減少碳的有害作用，提高鋼的抗晶間腐蝕能力，改善焊接性能，增強蠕變持久強度。添加A1元素，能生成較密的氧化膜，在氧化性介質(zhì)中增加其抗腐蝕能力，加入微量合金后，材料具有較高的熱強度和足夠的組織穩(wěn)定性。(3)溫度在660。C以上時，ZGlCr20Ni32的高溫持久強度優(yōu)于Incoloy-800H熱軋管材。(4)ZGlCr20Ni32具有良好的焊接性能，適用于手工電弧焊、氬弧焊、等離子電弧焊以及用作焊條或焊絲可免去焊前預熱和焊后熱處理。2作為出口集合管的材料近期我國某煉廠產(chǎn)氫量20damVh制氫轉(zhuǎn)化爐出口集合管改用高合金同材質(zhì)離心鑄造管ZGlCr20Ni32，從管段檢查結(jié)果看，由于制造廠采用報廢的飛機材料，并添加M、Ti、Al等微量元素，鑄管化學成分達到或超過了規(guī)定的極限。該出口集合管常溫拉伸試驗測定的抗拉強度偏低，但如果考慮壁厚裕量，還是可以滿足要求的。美國ASTMA608標準中規(guī)定高溫合金的高溫性能與常溫力學性能無依從關(guān)系，一般不推薦把常溫力學性能作為驗收依據(jù)?！吨袊讳P鋼腐蝕手冊》介紹耐熱鋼是在高溫氣體環(huán)境下使用，除抗高溫腐蝕(如高溫氧化)作為必要條件外，高溫力學性能是評定耐熱鋼質(zhì)量的主要指標。該出口集合管高溫拉伸試驗結(jié)果如表1。_表1鑄材90(TC高溫拉伸檢驗結(jié)果_項目__抗拉強度Sb/MPa_延伸率/%一組1Cr20Ni32196.536二組1Cr20Ni32185.932三組1Cr20Ni32169.728.7由表1可知，檢驗結(jié)果與化工部《高溫承壓用離心鑄造合金爐管技術(shù)條件》標準中ZG14Ni32Cr20Nb材料的比較，抗拉伸強度高出其900。C時的下限值的兩倍以上，延伸率比900'C時高出25%。該出口集合管高溫持久強度試驗確定溫度90(TC與應力69MPa作為試驗的恒定條件，測定最小斷裂時間(即最短壽命)見表2。_表2鑄材高溫持久強度試驗結(jié)果_<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2中93—10_236持久時間較短，可能會影響使用壽命。由于對試驗要求的條件較嚴，通過對試驗的檢驗證明，該管已達到較高水平。在計算裕量時，對于800H軋材的許用應力，取設計溫度下材料的10萬小時持久斷裂強度的平均值。對于鑄管的許用應力，取上述條件下的平均值的75%。考慮到其他不利因素，鑄管壁厚增加20%。經(jīng)實驗證明對于ZGlCr20Ni32管材，只要離心鑄造質(zhì)量得到保證，焊接工作符合規(guī)范要求，并按照轉(zhuǎn)化工藝及規(guī)程要求操作，高溫蠕變斷裂性能可以運行10萬小時。假如材質(zhì)老化需提前更換，在經(jīng)濟上仍然合算。出口集合管在轉(zhuǎn)化爐管材中是用量最多、價格最高的材料，往往進口一臺產(chǎn)氫量20dam7h的制氫轉(zhuǎn)化爐所用的出口集合管就比用ZGlCr20Ni32管材多花費3-4倍費用，約相當于轉(zhuǎn)化爐總投資的8-10%。HP耐熱鋼的鎳含量為35%，比HK增加15%，可提高抗氧化和抗?jié)B碳能力，也能限制碳在奧氏體中的溶解度，提高管材的蠕變斷裂強度。改良品種可增加鋼材抗?jié)B碳性與高溫塑性，可使鋼組織中形成枝條狀共晶碳化鈮，能夠阻礙裂紋擴展，從而提高使用壽命。國內(nèi)有較大的高合金鑄材的生產(chǎn)能力，在國內(nèi)訂貨可以及時進行生產(chǎn)能力的觀察、產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤，隨時走訪用戶了解存在問題，并能較快地交貨驗收等。圖l為制氫爐下集合管圖，圖中-l一橢圓形封頭，2—保溫套筒，3—保溫套筒端板，4一出口集合管，5一熱電偶套管，6—測壓管，7—絕熱填料圖2為制氫爐下集合管位置正面3為制氫爐下集合管位置側(cè)面中8-出口集合管，9-下尾管具體實施方案本發(fā)明所述的制氫轉(zhuǎn)化爐是將500'C烴類原料在爐管內(nèi)與催化劑接觸，介質(zhì)被加熱到80082(TC，在2.5MPa條件下進行裂解與轉(zhuǎn)化反應，高溫轉(zhuǎn)化氣經(jīng)各下尾管匯集到爐外出口集合管再進入工藝裝置。制氫轉(zhuǎn)化爐由輻射室、對流室、煙囪、爐鋼架、爐襯、轉(zhuǎn)化爐管路系統(tǒng)(轉(zhuǎn)化爐管、進口與出口集合管、上下尾管)、對流爐管和燃燒器組成。出口集合管8位于制氫轉(zhuǎn)化爐爐體外底部與下尾管9連接。用國內(nèi)采用離心鑄造技術(shù)生產(chǎn)的ZGlCr20Ni32高合金管材制作出口集合管。見圖1l一橢圓形封頭，l件，封頭Dg386X18，1Cr函9Ti2_保溫套筒，l件，5=1.5，Cr25Ni203—保溫套筒端板，l件，5=1.5，Cr25Ni204—出口集合管，l件，無縫鋼管①406.4X28，1Cr20Ni32，2945kg5—熱電偶套管，l件，無縫鋼管029X5，Cr25Ni206—測壓管，l件，無縫鋼管①29X5，Cr25Ni207—絕熱填料，0.06m3礬土水泥蛭石=1:8選擇管段表面沒有大于0.3腿的劃痕與碰撞產(chǎn)生的凹痕的ZGlCr20Ni32高合金管材，本集合管由三段焊成，總長為11220mm(3340+3110+4770=11220)，訂貨時另加工藝焊接評定用料500mm，總管長為11720mm。1出口集合管國內(nèi)代用材料的情況(1)巴陵石化公司鷹山石化廠產(chǎn)氫量13dam7h轉(zhuǎn)化爐出口集合管①166X13X2816，4根，材質(zhì)為ZGlCr20Ni32Nb，由吳川華立合金爐管廠生產(chǎn)。(2)天津煉油廠產(chǎn)氫量15dam3/h轉(zhuǎn)化爐出口集合管部分連接管路采用ZGlCr20Ni32。(3)洛陽石化工程公司設計的蘭煉產(chǎn)氫量20dam7h轉(zhuǎn)化爐出口集合管為0406X28X11200，材質(zhì)為ZGlCr20Ni32，已投用10余年。(4)洛陽石化工程公司為遼河勘探局石化總廠設計的產(chǎn)氫量為10damVh的轉(zhuǎn)化爐出口集合管為O280X30X6600，材質(zhì)為ZGlCr20Ni32。權(quán)利要求1.一種制氫轉(zhuǎn)化爐出口集合管，位于制氫轉(zhuǎn)化爐爐體外底部與下尾管匯集處與下尾管連接，其特征在于出口集合管管材為國內(nèi)采用離心鑄造技術(shù)生產(chǎn)的ZG1Cr20Ni32高合金材料。全文摘要本發(fā)明涉及一種石油化工制氫轉(zhuǎn)化爐出口集合管，其特征在于位于制氫轉(zhuǎn)化爐爐體外底部，下尾管匯集處與下尾管連接的出口集合管管材為國內(nèi)采用離心鑄造技術(shù)生產(chǎn)的ZG1Cr20Ni32高合金材料，管材的蠕變斷裂強度高，高溫蠕變斷裂性能可運行10萬小時，抗?jié)B碳性與高溫塑性，可使鋼組織中形成枝條狀共晶碳化鈮，阻礙裂紋擴展，使用壽命長，進口材料比其多花費3-4倍費用，可節(jié)約相當于轉(zhuǎn)化爐總投資的8-10％，國內(nèi)有較大的生產(chǎn)能力和較高的生產(chǎn)水平，在國內(nèi)訂貨可以及時進行生產(chǎn)能力的觀察、產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤，隨時走訪用戶了解存在問題，并能較快地交貨驗收。文檔編號C01B3/26GK101249411SQ20071017867公開日2008年8月27日申請日期2007年12月4日優(yōu)先權(quán)日2007年12月4日發(fā)明者姚稷天申請人:中國石油天然氣華東勘察設計研究院