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随着石化工业的飞速发展,高温离心铸造炉管早已广泛应用于石油化工厂的裂解炉、制氢炉中,由于炉管的工作环境非常恶劣,工作温度高达700℃-1050℃。在长期高温作用下,炉管材质会逐渐产生组织损伤,炉管材质的组织高温损伤主要表现为:珠光体球化和石墨化、蠕变孔洞、碳化物析出等,这些均造成炉管材质脆化和承载能力下降。同时由于生产过程中管壁温度经常变化及气体的强烈冲刷作用,常使炉管在未达到设计寿命前就严重损伤和破坏。根据美国石油学会规范API RP530,炉管的设计寿命为10万小时。然而,依据操作条件及材料性质得到的有效服役寿命却在3万~15万小时。裂解炉炉管运行很多已远远超过其设计寿命,这些炉管是否还可继续运行和运行多久,是亟待解决的问题。对于这类问题国内外已有不少研究成果,但各种炉管生产工艺、环境以及原始炉管冶金质量和组织性能的差异,因此,有必要对不同炉管进行组织、性能测试及剩余寿命评估。本研究通过观察对比某石化企业超高温服役下的乙烯裂解炉管对流段母材显微组织在运行前后的变化,分析探讨炉管损伤与组织性能,利用L-M参数外推法预测炉管剩余寿命,评定炉管能否服役到下一个检修周期,分析引起炉管劣化的原因,保证乙烯裂解炉长期安全运行。主要研究内容与结论如下:(1)对新旧炉管进行金相组织分析,结果表明随着服役时间的增加,炉管组织析出相越来越多,晶粒的完整度逐渐变差。(2)对已服役管的高温持久拉伸试样棒进行金相组织分析可见,随着温度的升高和服役时间的增加,析出物有聚集倾向,孪晶特征减小趋势较明显。(3)通过扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析,结果表明服役2万小时旧炉管横断面炉管内壁凹凸不平,沿着内壁和晶界存在磨损和腐蚀破坏痕迹,晶内有一定量块状析出物,点分析结果显示局部存在C、S、Cl、K、Ca等元素的偏析,同时存在大量龟裂裂纹;服役3万小时旧炉管内壁存在大量的疏松颗粒、且凹凸不平。(4)通过拉伸试验可以看出,随着服役时间的增加,炉管的强度参数——抗拉强度虽然在增加,而塑性参数——伸长率、断面收缩率却发生不同程度的减少,说明高温服役使炉管材质发生一定程度的脆化。(5)通过高温持久试验及寿命预测,采用L-M公式预测的新炉管和服役炉管的寿命均远远超过设计寿命,说明温度和压力在服役过程中影响有限,主要是碳化物析出脆化的影响。经过归一化处理服役2万小时的旧炉管残余寿命超过了2年的大修周期,服役3万小时的旧炉管的残余寿命也超过了1年。