计算数据如下

由计算数据可知：

第一变换炉在设计温度和设计压力下工作，筒体的计算厚度为65mm，GB150-1998上没有列出304L复层材料在450℃及以上温度下的许用应力数据，在此复层材料只考虑耐腐蚀，不列入强度计算，设计者选取的有效厚度为68mm，受压圆筒的计算应力为σ^t=110.92Mpa，[σ]^t=116Mpa，可见强度设计裕量很小。如果由于操作原因导致设备温度升高，假定操作温度升高至500℃，按设计压力计算，筒体计算厚度为86mm，大于设计者选取的有效厚度68mm，计算应力110.92Mpa，大于该温度下材料的许用应力88Mpa，按操作压力计算，筒体计算厚度为81mm，大于设计者选取的有效厚度68mm，计算应力104.66Mpa大于该温度下材料的许用应力88Mpa，由此可见操作温度是设备安全的敏感性因素，为确保第一变换炉的设备安全，操作时必须严格控制操作温度，确保设备在475℃以下操作，以保证设备安全。

第二变换炉在设计温度和设计压力下工作，筒体的计算厚度为72mm，GB150-1998上没有列出304L复层材料在450℃及以上温度下的许用应力数据，在此复层材料只考虑耐腐蚀，不列入强度计算，设计者选取的有效厚度为76mm，受压圆筒的计算应力为σ^t=114.58Mpa，[σ]^t=110Mpa，设备是安全的。如果由于操作原因导致设备温度升高，假定操作温度升高至450℃，按设计压力计算，筒体计算厚度为76mm，等于设计者选取的有效厚度76mm，计算应力104.58Mpa，略大于该温度下材料的许用应力104Mpa，短时间内操作，设备安全。如果操作温度达到475℃，按设计压力计算，筒体计算厚度为77mm，大于设计者选取的有效厚度76mm，计算应力104.58Mpa，大于该温度下材料的许用应力103Mpa，按操作压力计算，筒体计算厚度为70mm，小于设计者选取的有效厚度76mm，计算应力95.20Mpa小于该温度下材料的许用应力103Mpa，如果操作压力稳定，在短时间内操作，设备也是安全的。当操作温度升高至500℃时，按设计压力计算，筒体计算厚度为91mm，大于设计者选取的有效厚度76mm，计算应力104.58Mpa，大于该温度下材料的许用应力88Mpa，按操作压力计算，筒体计算厚度为82mm，大于设计者选取的有效厚度76mm，计算应力95.20Mpa大于该温度下材料的许用应力88Mpa，设备操作不安全。按操作压力计算，根据GB150-1998表4-1的数据用内插法求得设备安全操作的极限温度为487℃。因此对第二变换炉设备有一定的裕量，在450℃以下工作是安全的，在操作压力下工作，安全操作的温度上限为487℃。

第三变换炉，在设计压力下，下段工作的温度上限为350℃，上段工作的温度上限为400℃，在操作压力下，下段工作的温度上限为475℃，上段工作的温度上限为487℃，与第一、第二变换炉比较，第三变换炉的操作弹性要大一些。

3、变换炉腐蚀分析

表二的数据说明在变换炉中主要有以下两种腐蚀形态：

3.1 高温硫化腐蚀。高温状态下，硫化氢有氧化作用，在金属表面形成硫化膜，硫化膜结构疏松易碎，且熔点较低，对进一步硫化反应的阻碍作用很小，从而使金属机械性能受到损害。资料显示¹，在400~500℃温度范围，使用超低碳00Cr19Ni10不锈钢可以防止硫化腐蚀。

3.2 氢腐蚀。在高温变换炉工况(高温、中压、临氢)条件下，氢原子与钢中的碳原化物子发生以下反应

 

反应生成的甲烷气体在局部产生高压，致使钢表面发生鼓泡或开裂，并且表面脱碳，机械性能降低，国内同类型装置中，关于变换炉的氢腐蚀已有相关报道²。

4、操作建议

变换反应具有放热、在气相状态完成、反应前后体积不变的特点，放热会导致气体温度升高，按照气体状态方程 =常数可知，在体积不变的情况下，温度升高，压力必然会升高，结合强度核算结果，提出如下建议：

4.1、通过控制蒸汽消耗量、控制水碳比等量化指标控制好反应速度，严格防止设备超温、超压，下面列表说明三台变换炉的操作温度上限。

表三 三台变换炉操作温度上限数据

4.2、停车过程中，卸压、降温要缓慢平稳，防止出现氢鼓泡。

4.3、停车以后，应在短时间内用高温惰性气体置换吹扫，同时加强对设备的保温护理，防止出现酸性气体露点腐蚀。

 

参考文献

1、左景伊 左禹 腐蚀数据与选材手册 北京 化学工业出版社 1995

2、周达理 陈飞鹏 高温变换炉氢腐蚀原因分析及处理 大氮肥 第26卷第4期