在乙烯装置中裂解炉为其关键设备,而裂解炉的辐射段炉管由于承受严苛的温度和腐蚀条件成为设备维修的重点问题。炉管使用一段时间后,在温度较高部位的损伤程度明显较其它部位严重,但这并不意味着炉管整体都已达到报废的程度,所以如能考虑实际损伤分布状况,仅更换部分损坏的管段,将是节约维修费用的有效手段。 炉管的可焊性、修复质量和可靠性与炉管组织的损伤程度有密切的关系,而硬度与炉管的损伤也有一定的相关性。但是目前对这些关系还缺乏定量的试验和理论的研究,使得实践中常常发生不断返工和重新选择修复部位的问题。为了解决这一问题,本文设计了炉管可焊接性试验的台架,通过对不同服役年限炉管的大量焊接试验、金相分析、常规机械性能和蠕变试验,研究了服役炉管的可焊性,寻找其影响因素及影响规律,建立了受损炉管可焊性的快速判断方法以及相关的焊接修复的工艺,所得主要结论如下: (1) 为了对现场旧炉管与新炉管进行焊接抗裂试验,本研究设计了炉管可焊接性试验装置,给焊接工艺改进提供了重要的试验手段。试验表明该装置能较好地再现服役炉管现场焊接的开裂情况。这种拘束条件较实际情况苛刻,保证了试验评价的安全性。 (2) 为了定量评价服役炉管的损伤状况,便于评价炉管可焊性,参照前人研究工作并结合工程实际,本研究将裂解炉服役炉管的损伤分成8个不同级别,提供了损伤分类评价的新判据。 (3) 金相分析发现:经焊接试验后,开裂炉管内部大多已出现严重内部损伤,产生了孔洞或微裂纹。内部裂纹在损伤晶界或缺陷部位启裂,断口多为脆性断裂。试验表明当损伤级别大于4时,开裂几率增加,说明施焊困难。 (4) 硬度值与损伤等级有粗略的相关性,硬度值升高损伤等级呈升高趋势;硬度值(相应损伤等级4.0)小于HB223或HRC15.4,可作为快速修复判断的一个筛选参考值。 (5) 采用本文焊接修复工艺得到的焊接接头,在常温下焊缝强度高于母材;在高温下焊缝瞬时强度和持久强度亦都高于母材,说明此焊接工艺是可行的。