转化炉辐射段炉管的使用寿命

　　在合成氨装置中，一段转化炉辐射段炉管的设计寿命一般按10万h考虑。但在实际生产中，一般炉管工作78万h后便发生弯曲变形、过度伸长等情况。出现炉管过早变形的原因是炉管在工作过程中产生的热应力，次要原因是炉管壁超温、炉管出现偏烧、炉管内触媒出现架桥等。

　　一段炉辐射段炉管应力的分类和主要来源1.1应力的分类（1）一次应力管道在内压和持续外载下产生的环向应力、轴向应力、径向应力和弯曲应力。（2）二次应力管道由于变形受阻而产生的应力。（3）峰值应力三通、弯头、异径管等局部结构不连续处产生的应力。

　　1.2应力的主要来源根据一段炉辐射段炉管结构的特点，管系的应力主要来源于以下几点：（1）炉管的内压力；（2）炉管吊挂后炉管自身、触媒、保温层及附件的重力；（3）触媒管与上升管之间由于垂直方向的膨胀差引起的应力；（4）安装误差（包括制造误差）造成的附加应力；（5）触媒管非自由膨胀引起的附加应力，上集气管、下集气管、触媒管、上升管合称为竖琴排管。辐射段炉管共有9排竖琴排管，图中只画出**和第九排竖琴排管，下同触媒管两端的炉管，其上端与下端的移动量是不同的；（6）多次开、停车，快速冷却所造成的应力；（7）管子内外壁温度梯度所产生的温差应力；（8）事故应力，如输气总管夹套断水时使输气总管膨胀量加大，对触媒管造成的应力。

　　辐射段炉管热应力产生的主要因素（1）由于上升管与触媒管材质的线胀系数不同和温度不同，造成两者在操作状态下的热伸长量不同，因而使上升管受压而触媒管受拉，致使下集气管产生一个向上凹的变形，理论变形值约为12.7mm.但实际上小于12.7mm，因为二段炉向上膨胀时带动输气总管向上移动，钢结构也因受热向上膨胀，从而可以使得这个差值缩小一些。

　　（2）由于输气总管在水平方向上从二段炉口向外膨胀，因而引起处于同一竖琴管平面内的上升管顶部向外歪斜。此外，猪尾管在操作状态下的热变形，也将使触媒管产生热应力。在操作状态下所产生的这些热应力，将通过触媒管和输气总管上的弹簧支吊架进行补偿。

　　（3）操作不正常时产生的热应力：由于操作不正常，会使触媒管的受热不均匀，使上升管和下集气管在其垂直平面上受弯。输气总管中水夹套内的水面下降或烧干，使输气总管的轴向膨胀量增大，使上升管严重受弯，下集气管受扭。

　　降低辐射段炉管热应力的措施由于一段炉辐射段炉管管系庞大，且炉管都是薄壁管，管壁径向温差产生的热应力较小，炉管的热应力主要是由热膨胀引起的位移在炉管各支吊点或端点受到约束后而产生的，因此对整个管系的柔性、支架形式、位置等要统筹考虑。

　　3.1（1）上集气管上集气管上有3个支撑点，中间为固定点，在靠近横跨管处有1个带有导向架的刚性支架，另一个刚性支架在上集气管的盲端。当上集气管受热后，上集气管自固定点两端轴向膨胀，这样可减少猪尾管的变形和热应力，可确保管系的稳定性。

　　（2）输气总管输气总管的全部质量和竖琴排管中9根上升管的质量是由输气总管上的9个弹簧和1个铰接点来承担。这种支撑既能保证输气总管的稳定化肥工业性，又能减少炉管膨胀引起的热应力。

　　（3）触媒管触媒管、下集气管、猪尾管及保温层的质量，若采用刚性架支撑，则炉管在吊挂后容易造成炉管受力不均匀，可能使应力大的炉管提早损坏。所以触媒管全部用弹簧支撑，而且应将刚度值相近的弹簧用在同一排触媒管上，同时将同一排触媒管上刚度较大的弹簧放在离上升管较远处，这样炉管的纵向应力趋于平缓，炉管的受力较均匀。

　　3.2增加管系的柔性由于一段转化炉辐射段上升管与上、下集气管是刚性连接，因此与触媒管相连接的猪尾管宜采用三维曲管形状，这种形状比直管吸收变形的能力强得多。

　　3.3炉管弹簧的正确安装在一段转化炉辐射段管系中，支撑炉管的弹簧是很重要的。在弹簧安装之前，要用弹簧对炉管进行3次称重：**次是在竖琴管的三部分进行组焊之前对每部分进行称重；第二次是在竖琴管组焊完毕并装好触媒后，在操作状态下进行称重；*后一次是竖琴管与输气总管、猪尾管连接后进行称重。称重时，利用弹簧吊杆上的左右扣松紧螺母进行调节，使各个弹簧承重均匀。将所有弹簧的安装载荷校核完成后，再将弹簧吊挂在炉管上，以确保炉管的受力均匀。

　　结语一段转化炉辐射段炉管的使用寿命主要与热应力有关，因此只有综合考虑炉管的柔性和支架的设置，才能降低炉管的热应力，使炉管的使用寿命接近设计值，使整个装置能够长、满、优地生产。