热壁加氢反应器材料2 1/4Cr-1Mo的回火脆性研究

作     者：孙宇 

作者单位：南京工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周昌玉

授予年度：2005年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：加氢反应器 21/4Cr-1Mo钢 回火脆化 平衡偏聚 非平衡偏聚 应力 

摘      要：在石油炼制中广泛采用加氢工艺，该工艺能有效提高油品质量、改善油品性能、降低损耗、提高产品收益率。因此加氢工艺受到各国炼油工业的普遍重视，获得了较快发展。加氢反应器是加氢工艺的核心设备，它的稳定运行对整个装置的安全至关重要。目前使用的加氢反应器可按工作状态下外壁的温度分为冷壁和热壁两种，本文主要研究的是热壁加氢反应器。目前热壁加氢反应器的主要选材还是2 1／4Cr-1Mo钢，但该种材料在操作温度下具有明显的高温回火脆化特性。因此，针对该种材料的回火脆化特性展开研究工作，对设备的安全运行具有重要意义。 扬子石化公司芳烃厂加氢裂化装置于1989年10月正式投产，反应器内底部预先放置了4个带有焊缝的试块，试块材料、焊材及焊接工艺与筒体焊材和焊接工艺均相同。每运行一个周期约5万小时即取出一个试块，进行材料劣化的研究，为反应器的安全运行提供依据。1995年(大约服役50000小时)曾对加氢精制反应器DC101A内随其运行了5年的试块进行了解剖，实验研究表明该反应器材质发生了一定程度的劣化。至2001年7月已运行了12年，为了继续了解反应器在使用过程中材质的劣化情况，从反应器内部取出了另一试块进行研究。 本文的主要研究工作如下： 1．对已服役12年的试块进行回火脆化实验。通过反应器母材及焊缝金属在各温度下的冲击试验，获得冲击功随试验温度的变化曲线，确定材料的回火脆化量。通过试样的冲击断口宏观形貌分析，获得断口形貌转变温度，从而确定材料的回火脆化量。 2．将服役5年和12年的试验数据进行比较和分析。研究结果表明：服役12年后，试块产生了明显的脆化，说明试块的脆化度随服役时间的增加而增加。同时发现，不管是母材还是焊缝，取样位置对脆化度的增加量影响不大。 3．虽然试块所处环境与反应器简体一致，但它是放置在反应器内部，承载情况却与反应器简体承载情况不同，试块不受应力作用而反应器筒体则在一定应力下工作。因此，探讨应力、温度对材料脆化的综合影响是十分必要的。对已服役12年的试块进行加载和不加载回火脆化实验，通过脆化试样脆化量的比较，结果表明：温度是导致材料回火脆化的主要影响因素，应力对试块的回火脆性的影响不显著。 4．应用晶界平衡偏聚理论分析2 1／4Cr-1Mo钢中杂质元素磷在运行条件下偏聚量与回火脆化量的关系。通过回火脆化量计算公式得到了回火脆化量与微量元素成分、温度、