轉(zhuǎn)化器是硫酸制備裝置中的核心設(shè)備之一，其作用是將SO2經(jīng)過(guò)催化氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)換為SO3，為了達(dá)到煙氣的排放標(biāo)準(zhǔn)且最大限度地提高SO2的轉(zhuǎn)化率，將轉(zhuǎn)化器設(shè)計(jì)為分層多段反應(yīng)結(jié)構(gòu)[1-6]。轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)主要分為積木式和中心筒式，積木式轉(zhuǎn)化器在服役過(guò)程中容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)化器一段轉(zhuǎn)化率下降、一段殼體與加強(qiáng)圈處筒體開(kāi)裂漏氣等問(wèn)題[7-9]。為了進(jìn)一步節(jié)省材料、縮短建造周期，以及提高轉(zhuǎn)化效率，目前的轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)以中心筒式為主。硫酸制備裝置最早采用鉛制方形空室，后來(lái)相繼出現(xiàn)了碳鋼制造塔器，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)硫酸制備裝置轉(zhuǎn)化器的材料主要為不銹鋼[10-11]，未來(lái)將研發(fā)碳纖維及高新不銹鋼專用轉(zhuǎn)換器材料，選材趨于減少故障率。為滿足轉(zhuǎn)化器的服役承重要求，可在中心筒設(shè)置加強(qiáng)筋板，筋板的強(qiáng)化作用至關(guān)重要，直接影響硫酸裝置的正常生產(chǎn)[12-14]。國(guó)內(nèi)某化工公司硫酸轉(zhuǎn)化器裝置已安裝使用了15 a，在對(duì)其進(jìn)行停車檢修中發(fā)現(xiàn)氣室（一段室）中心筒筋板發(fā)生嚴(yán)重氧化，材料劣化嚴(yán)重。中心筒筋板的材料為0Cr18Ni9鋼，該鋼屬于低碳奧氏體不銹鋼，其具有優(yōu)良的耐高溫性能和耐氧化性酸腐蝕性能。中心筒筋板的厚度為14 mm，工藝參數(shù)為：操作溫度為550 ℃，操作壓力為40 kPa，介質(zhì)為SO2/SO3。筆者采用一系列理化檢驗(yàn)方法分析了該筋板劣化的原因，以避免該類問(wèn)題再次發(fā)生。
1. 理化檢驗(yàn)
1.1 宏觀觀察
送檢筋板試樣的尺寸（長(zhǎng)度×寬度×厚度）為140 mm×110 mm×14 mm，其宏觀形貌如圖1所示。由圖1可知：試樣兩側(cè)外表面呈嚴(yán)重的氧化色，其中一面呈現(xiàn)較深的黑褐色，其表面還存在明顯集中的疑似氧化垢物，另一面呈現(xiàn)略淺的棕褐色，表面的顏色分布不均勻，表面垢物的附著力較大，用刀片劃過(guò)后不易有垢物脫落。
1.2 化學(xué)成分分析
在該筋板上取樣，對(duì)試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表1所示。由表1可知：筋板的Ni元素含量低于GB 24511—2017 《承壓設(shè)備用不銹鋼和耐熱鋼鋼板和鋼帶》的要求，其他化學(xué)成分滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
| 項(xiàng)目 | 質(zhì)量分?jǐn)?shù) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | |
| 實(shí)測(cè)值 | 0.07 | 0.31 | 1.20 | 0.025 | 0.003 | 18.14 | 7.88 |
| 標(biāo)準(zhǔn)值 | ≤0.080 | ≤0.750 | ≤2.000 | ≤0.035 | ≤0.020 | 18.000~20.000 | 8.000~10.500 |
1.3 力學(xué)性能測(cè)試
依據(jù)GB/T 229—2020 《金屬材料 夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法》對(duì)筋板試樣進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，試樣尺寸（長(zhǎng)度×寬度×厚度）為55 mm×10 mm×10 mm，采用V型缺口試樣，試驗(yàn)溫度為室溫（23±5） ℃。依據(jù)GB/T 228.1—2021 《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》對(duì)筋板試樣進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn)，采用圓形拉伸試樣，試樣尺寸（直徑）為10 mm，試樣標(biāo)距為50 mm。依據(jù)GB/T 228.2—2015 《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第2部分：高溫試驗(yàn)方法》對(duì)筋板試樣進(jìn)行高溫（550 ℃）拉伸試驗(yàn)，采用圓形拉伸試樣，試樣尺寸（直徑）為8 mm，試樣標(biāo)距為40 mm。
筋板試樣的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表2所示。由表2可知：試樣室溫下的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度均滿足標(biāo)準(zhǔn)GB 24511—2017的要求，但斷后伸長(zhǎng)率低于標(biāo)準(zhǔn)要求，斷面收縮率不滿足文獻(xiàn)[15]的要求（≥60），試樣的屈強(qiáng)比為0.46，高于標(biāo)準(zhǔn)要求（16%）；試樣的平均沖擊吸收能量為72.8 J，低于文獻(xiàn)[15]的要求（228~267 J）；試樣高溫下的屈服強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)GB 24511—2017的要求。
| 試驗(yàn)溫度/℃ | 項(xiàng)目 | 抗拉強(qiáng)度/MPa | 屈服強(qiáng)度/MPa | 斷后伸長(zhǎng)率/% | 斷面收縮率/% | 平均沖擊吸收能量/J |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 23±5 | 實(shí)測(cè)值 | 569.5 | 267.5 | 18 | 28 | 72.8 |
| 標(biāo)準(zhǔn)值 | ≥520 | ≥205 | ≥40 | — | — | |
| 文獻(xiàn)[15]要求值 | — | — | — | ≥60 | 228~267 | |
| 550 | 實(shí)測(cè)值 | 330 | 154 | 23 | — | — |
| 標(biāo)準(zhǔn)值 | — | ≥106 | — | — | — |
對(duì)筋板截面及表面進(jìn)行硬度測(cè)試，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知：試樣表面硬度略高于心部，表面平均硬度達(dá)到182 HV，心部的平均硬度為126 HV，整個(gè)截面的平均硬度為154 HV，均符合標(biāo)準(zhǔn)GB 24511—2017的要求（≤210 HV）。壓痕處的微觀形貌如圖3所示，可見(jiàn)箭頭指示部位有微裂紋。
