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大庆石化公司化肥厂年产30万吨合成氨装置氨合成塔(105D)在1992年9月15日开车正常5小时后,检查发现氨合成塔合成催化剂有泄漏情况,被迫停车检修。通过检查发现催化剂泄漏的原因为氨合成塔二床层中心管损坏所致。事故发生后,对氨合成塔中心管损坏机理进行了研究,并对中心管修复的方法进行了强度校核,以确定修复后的中心管的强度可以满足生产的要求。
对中心管损坏机理的研究主要从材料和载荷这两个方面进行的。通过对中心管材料分析后的结果认为中心管筛条材料为INCONEL600是无误的;通过对母材、焊缝及焊接热影响区的检验发现,母材、焊缝及焊接热影响区的组织正常,硬度不高,未见高温氢、氮介质的明显影响,未见焊接缺陷,因此材料及焊接问题不是中心管失效产生的原因。通过对中心管进行载荷分析后认为,中心管失效变形在先,裂纹发生在后,裂纹的产生造成了中心管的损坏。中心管发生变形后,中心管变形处长期处在400~500℃工作温度下,从而使其变形处保持很高的应力水平,并最终导致中心管变形处发生断裂。中心管的局部塑性大变形是轴向力作用下筛条侧向发生弯曲的结果。而导致中心管发生塑性大变形的轴向力的来源于中心管端部热膨胀受阻而引起的温差载荷。温差载荷使中心管发生弯曲,在弯曲后的中心管筛条上可以保持很高的应力水平,在工作温度下持续了较长时间后产生了裂纹,长时间的使用筛条裂纹逐渐产生扩展、最终产生断裂从而导致了中心管的最终失效。
中心管修复后加强了工艺操作的管理,严格控制合成塔的升温过程,从而使合成塔中心管不会有温差载荷的出现。通过对中心管修复方案的强度校核,证明了修复方法是可行的。中心管修复后一直运行正常未出现任何问题,证明中心管损坏机理研究是正确的,中心管修复方案是成功的。