[发明专利]基于L-M参数法的内螺槽型乙烯裂解炉管剩余寿命评估方法

说明书

本发明提供一种基于L‑M参数法的内螺槽型乙烯裂解炉管剩余寿命评估方法，属于无损评价技术领域。本发明针对炉管的实际服役工况，采用金相解剖和数值模拟方法确定该炉管渗碳过程的演变规律，利用高温短时加速蠕变试验所得数据，构建Larson‑Miller曲线方程；根据拟合曲线方程和炉管承受的主应力，通过方程变换，得到炉管有效壁厚与剩余寿命的关系曲线；测量炉管的有效壁厚，利用已得到的关系曲线对乙烯裂解炉管剩余寿命进行评估。本发明在综合考虑炉管实际服役状况的基础上，采用实验的方法取得基础数据，进而得到炉管有效壁厚‑剩余寿命关系曲线，依据此曲线进行炉管剩余寿命的外推评估，具有较高的准确性。

技术领域

本发明属于无损评价技术领域，涉及到内螺槽型乙烯裂解炉管渗碳程度的评价，特别涉及到渗碳炉管剩余寿命的评估方法。

背景技术

现在世界上的乙烯生产装置，几乎全部采用管式裂解炉。乙烯裂解炉管的服役环境极其恶劣，在工作运行过程中，炉管外壁受到高温火焰辐射，炉管内部原料为高碳势的碳氢气体和水蒸汽等混合气，乙烯裂解炉管处于其内壁发生氧化渗碳、外壁高温氧化的情况中，加之炉管又受到管内内压、管身自重、内外壁温差以及温差起伏变化引起的复杂内应力，处于这样的工作环境下，极易导致裂解炉管发生渗碳、热疲劳和蠕变等损伤，造成炉管失效，而其中渗碳是造成炉管失效的主要因素。其原因有：第一，渗碳使得组织中的碳化物类型和形态发生变化，由细小弥散的形态逐渐演变为粗大的网链状，碳化物的聚集粗化使晶界碳化物附近出现孔洞、微裂纹，导致炉管组织发生劣化，高温强度下降；第二，渗碳后炉管的密度下降，承载能力降低，并且由于渗碳层的热膨胀系数低于基体，导致炉管的受力状况恶化，加速了裂解炉管的损伤并导致炉管渗碳后热疲劳和热冲击抗力大大降低；第三，随着炉管渗碳程度的增加，炉管的塑性严重下降，开停炉以及清焦过程中的升温降温会引起炉管内外壁温度波动变化，由于渗碳层和非渗碳层之间的物理性能有着较大的差别，导致在沿着炉管管壁径向方向产生附加应力，加速了炉管的蠕变损伤。据不完全统计，由于渗碳导致的炉管失效占60％以上，其实际使用寿命往往不到设计寿命的70％，特别是，乙烯裂解炉管的渗碳是不可避免的，因此，如何根据炉管的渗碳情况评估炉管的剩余寿命，保障炉管的安全服役是人们极为关注的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于L-M参数法的内螺槽型乙烯裂解炉管剩余寿命评估方法，通过高温短时加速蠕变试验，得到Larson-Miller曲线方程，作出炉管有效壁厚与剩余寿命的关系曲线，实际应用时，可通过无损检测或其他手段得到乙烯裂解炉管的渗碳层厚度，推算炉管的有效壁厚，进而评估炉管的剩余寿命。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于L-M参数法的内螺槽型乙烯裂解炉管剩余寿命评估方法，针对炉管的实际服役工况，采用金相解剖和数值模拟方法确定该炉管渗碳过程的演变规律，利用高温短时加速蠕变试验所得数据，构建Larson-Miller曲线方程，通过方程变换，得到炉管有效壁厚与剩余寿命的关系曲线，再利用该曲线对乙烯裂解炉管剩余寿命进行评估。本发明包括以下步骤：

1)金相解剖观察

内螺槽型裂解炉管的截面形状如图1所示。裂解炉管的渗碳总是从管内壁开始的，并且内翅凸点部分的渗碳程度较严重。对服役炉管进行切割、磨削、抛光、腐蚀后，观察炉管截面的渗碳程度。

2)金相组织观察

渗碳后炉管的组织发生变化，渗碳程度不同，碳化物种类、数量和形态也不相同，在渗碳区、过渡区和非渗碳区各选取一点进行金相组织观察，对步骤1)的结果进行验证。

3)炉管截面碳含量测试分析