离心铸管在裂解炉中的应用论文_康帅

摘要：离心铸管又叫离心铸造钢管，因其高温持久强度和蠕变极限较高，组织致密，性能稳定，加工制造简单，成本较低等优点，在高温裂解炉和转化炉上得到广泛的应用，裂解炉的遮蔽层既受到辐射段的辐射传热，又受到对流段的对流传热，炉管表面热应力较大，一般不使用翅片管，而是用高温持久强度和蠕变极限更好的离心铸管代替。本文结合离心铸管的生产原理、产品特点、缺陷分析及应用前景进行论述。

关键词：离心铸管；铸造；裂解炉；应用

1、离心铸管的生产原理

将熔融态的金属注入旋转的模具中（图1，2），在离心力的作用下，密度小的质点向旋转中心移动，密度大的质点向型壁移动，然后由外表面向内表面结晶，从而形成离心铸管（图3）。

图1 钢水熔化 图2 钢水注模 图3 成品离心铸管

2、离心铸管的特点

通过模具按指定转速旋转而产生离心力，又加上模具是金属材质，可以在管壁外侧获得较细小均匀的等轴晶，然后钢水依次往内层凝固，形成管壁中间部分的柱状晶，杂质、气泡等会被推送集中在内表面，形成缺陷层，见图4；离心铸管大大提高了钢管的力学性能，经过离心机高速旋转生产的离心铸管，密度高，组织均匀致密，内部无明显的气孔、砂眼等缺陷，其抗拉强度已接近轧制无缝管，钢管的内径、外径、长度均可根据客户需求定制，离心铸造应用范围广，铸造合金的种类没有特殊要求。

图4 离心铸管剖面图

3、交货状态

根据工艺不同，以及用户需求，离心铸管可按以下三种状态交货：

①炉管内外壁均经过机械加工；

②炉管内外壁均为铸态，均不加工；

③炉管外壁为铸态，内壁机加工，目前，绝大多数裂解炉都使用第三种方法，特别是乙烯裂解炉对流段遮蔽层炉管普遍使用，因为乙烯裂解炉炉管的主要破坏形式是介质从炉管内壁向管壁渗碳，机加工炉管内表面去除缺陷层，可以有效增加炉管使用寿命。

4、离心铸造中的常见缺陷

离心铸管的常见缺陷主要有裂纹和成形不完整，针对这两种缺陷做简要介绍。

裂纹：在离心铸管中，常见的缺陷就是裂纹，因为钢水在初凝阶段刚刚成形，结晶尚未完全，强度较低，此时如果有较大的振动，就会导致结晶失败，出现裂纹，因此控制好模具合适的转速和振动是防止出现裂纹最直接的措施。

成形不完整：成形不完整的原因主要有钢水用量不足，导致凝固后尺寸达不到要求，铸模内壁不光滑，液态金属注入模具后分布不均匀，导致钢管成形后壁厚不均匀，在浇注钢水前应确认钢水用量是否充足，模具内表面是否干净整洁光滑，及时清除杂物。

5、制造公差

内外径公差

①内外表面均进行机加工

外径极限偏差：+1.0 0mm；

内径极限偏差：0 -1.0mm。

②外表面为铸态，内表面机加工

外径极限偏差应不大于表1所规定的数值；

内径极限偏差：0 -1.0mm。

表1

长度公差：

总长小于6m时，长度极限偏差为+3.2 0mm；

总长大于等于6m，小于10m时，长度极限偏差为+6.4 0mm；

总长度大于等于10m时，长度极限偏差为+10 0mm。

直线度公差：

管段或组焊长管直线度公差，任意1m内小于2mm，全长直线度公差为小于10mm。

6、裂解炉炉管的破坏

乙烯裂解炉炉管的主要破坏形式是炉管内壁渗碳，裂解炉的炉管内流经的石脑油等介质，在裂解中会产生焦炭，这些焦炭会在炉管内壁沉积下来，由于结焦速度快，不得不及时清理，每隔2个月就要停炉烧焦一次，这就增加了焦炭对炉管内壁的渗碳作用，时间长了就会形成渗碳层，当渗碳层的厚度达到3mm左右时就会产生裂纹导致炉管破坏。渗碳原理是渗碳、氧化、局部蠕变联合作用的结果，对炉管内表面的加工质量非常敏感，内表面越粗糙越疏松越容易渗碳，所以在进行炉管内壁机加工时一定要彻底去除缺陷层，防止产生渗碳现象。有时单根炉管长度不足需要拼接时，拼接环缝内侧的余高过高不仅会影响介质的流量，还会在其附近产生涡流或死区，使焦炭聚集，产生渗碳，选择合适的坡口形状和焊接方法，尽量降低内侧焊缝余高可减小这类损坏。

7、维护和保养

在炉管服役过程中，要尽量减少开停车的次数，因为每次开停车都会使炉管产生强烈的冷热冲击，还会使与炉管相连接的集合管等高温配管产生热疲劳，降低炉管的使用寿命，如果遇到必须要停车的情况，应缓慢的升温、降温，不可迅速的升降温，以降低冷热冲击对炉管的不良影响。在停车后，还可以通过测量炉管外圆周长的变化率来考核炉管的剩余使用寿命，将在服役的炉管周长与已经报废的炉管周长做对比就可以估算出炉管的剩余寿命，这样可以在炉管报废前及时更换，即节约了费用又可避免事故的发生。

8、总结

本文对离心铸管的生产原理、产品特点、主要缺陷形式及控制措施、服役中的主要破坏形式及维保措施做了简要介绍，以离心铸管的发展趋势和实际应用效果来看，在未来还会有更加广阔的市场空间，设备和工艺的不断改进和优化，离心铸管的质量和性能肯定会越来越好，在裂解炉中的使用也将更为普遍，从而为企业带来可观的经济效益。

参考文献：

[1]钱家麟 《管式加热炉（第二版）》中国石化出版社，2003 ISBN7-80164-302-X

[2]陈楠 王蕊 浅谈离心铸造的应用及其特点 山东工业技术

[3]HG/T2601-2011《高温承压用离心铸造合金炉管》

论文作者:康帅

论文发表刊物:《基层建设》2020年第1期

论文发表时间:2020/4/21

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