何继业，巩建鸣，耿鲁阳，沈利民，姜 勇

（1.南京工业大学机械与动力工程学院，南京210009；2.中国矿业大学化工学院，徐州221116）

0 引 言

某芳烃厂二甲苯车间加热炉是生产二甲苯的重要设备，按设计工况工作5万h后，其炉管发生爆裂事故，失效形式主要为局部性能劣化。该炉管材料为20钢，规格为φ168mm×8mm，辐射室炉管为垂直安装。该加热炉烧油，管程内介质为二甲苯混合物，炉管进口温度为235℃，出口温度为243℃，炉管进口压力为1.1MPa，出口压力为0.87MPa，炉膛温度为780～900℃，管壁温度为320℃。

在加热炉事故中，炉管爆裂是比较常见的失效形式，其中由于结焦导致局部过热最终使炉管失效占很大比例。国内外在结焦机理和结焦抑制剂方面做了很多研究，但鲜有人模拟结焦厚度对炉管热应力的影响。为确定爆管原因，作者通过理化检验对加热炉炉管的失效原因进行了分析，并采用大型有限元模拟软件ABAQUS对已结焦炉管的应力状况进行了模拟，探讨了结焦层厚度对炉管热应力分布的影响。

1 理化检验与结果

1.1 宏观形貌

炉管结焦属局部结焦，结焦部位主要集中于炉管的中上部和弯头处，而且焦层在厚度上具有不均匀性；在炉管开裂部位，炉管内部覆盖有很厚的焦层，如图1所示，开裂部位位于焦层最厚处附近，外壁覆盖有较薄的氧化层；裂纹沿纵向发展，炉管鼓胀明显，发生了明显的塑性变形［1］；在炉管爆裂附近的外表面上还有多条纵向分布的浅层裂纹，裂纹深度为2～3mm，均未穿透管壁。

1.2 显微组织

20钢的显微组织一般为铁素体和珠光体，在高温下长期使用时，珠光体会发生球化现象，即珠光体中的渗碳体（碳化物）形态由最初的片层状逐渐转变为球状，从而使材料的力学性能下降。……