《长寿命高可靠性石化加热炉管国产化关键技术及产业化应用》

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石油化工、煤化工是中国能源工业支柱产业,乙烯裂解和制氢转化炉是百万吨乙烯、千万吨炼油装置制取乙烯、丙烯、氢气等基础化工原料的核心设备,高温耐热合金炉管是完成裂解、转化反应的关键部件。近年来,伴随生产规模扩大和能源结构调整,装置不断大型化,介质日益苛刻化,炉管面临极端服役温度和复杂腐蚀介质双重考验。该项目之前,国产炉管寿命短、可靠性差,频发蠕变、渗碳、鼓胀等失效事故,成为制约装置长周期安全运行的瓶颈难题。从日本、法国等发达国家引进,不仅价格昂贵,而且特殊时期还对中国卡脖子封锁,严重影响国家重大工程建设顺利进行。为此,急需立足国内,开展长寿命高可靠性炉管国产化关键技术研究。

该项目在国家科技支撑、863计划等课题支持下,历时8年攻关,探明了高温炉管主要失效模式和损伤机理,甄别出影响炉管服役性能关键因素,首创基于寿命的抗蠕变和抗渗碳性能调控方法,开发出低振幅离心铸造装备与工艺,实现了长寿命高可靠性炉管国产化和产业化。创新成果主要包括:

(1)国内首次建立损伤机理识别与性能检测评价方法。系统研究了乙烯裂解和制氢转化炉管失效模式、机理和损伤演化规律,国内首次建立炉管蠕变渗碳性能检测与寿命评价技术方法,开发炉管服役性能数据库,相关成果被国家和行业标准采纳。

(2)国际上率先开发高温炉管抗蠕变性能调控技术。针对裂解和转化炉管蠕变失效,阐明了材料成分、组织与宏观性能之间关联规律,建立了基于寿命的材料成分和组织调控技术方法,使得炉管抗蠕变性能提升50%以上。

(3)国际上率先开发高温稀土炉管抗渗碳性能调控技术。针对裂解炉管渗碳失效,探明了稀土元素种类、含量对炉管抗渗碳性能影响规律,攻克了稀土添加防烧损关键技术,开发新型抗渗碳稀土炉管,相比传统技术,炉管渗碳速率降低5~15%。

(4)国内首次研制低振幅离心铸造装备与工艺。探明了浇铸温度、型筒转速、型筒振幅等工艺参数对炉管金相组织影响规律,解决了回转精度、振动幅度控制等技术难题,在国内首次开发出低振幅离心铸造装备与工艺,实现了炉管金相组织稳定控制。

项目授权发明专利12项、实用新型13项,制订国家标准1项、行业标准1项、企业标准1项,发表论文27篇。离心铸造炉管基于寿命的设计制造技术已在卓然靖江、青岛新力通等国内全部炉管制造企业实现产业化,累计生产炉管约3万吨,装备裂解炉和转化炉约200台套,长寿命高可靠性炉管已在中石化、中石油、中海油、神华、陕西延长所属企业广泛应用,并出口泰国、马来西亚、印度等“一带一路”沿线国家,无一发生安全事故。项目成果打破了国外技术垄断,带动了中国炉管装备制造企业技术进步,为保障中国石油化工、煤化工企业裂解和制氢装置长周期安全稳定运行发挥重要作用。近三年新增销售额13.23亿元、利润2.17亿元,因替代进口节约设备投资40~50亿元,社会效益显著。

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