周 阳，洑阳成明，巩建鸣，耿鲁阳，姜 勇，唐建群

(1.南京工业大学 机械与动力工程学院，南京 211816；2.江苏省极端承压装备设计与制造重点实验室，南京 211816)

0 引言

烃类蒸汽转化制氢装置被广泛应用于石油化工行业，其利用天然气、炼厂气、石脑油等轻质烃类在特定的温度、压力以及催化剂作用的条件下与水蒸气发生反应，生成氢气及一氧化碳[1]。作为制氢装置中最为重要的设备——转化炉是一种外热式列管反应器，具有强吸热及高温的特点，催化剂装在转化炉管内，炉管在炉膛内加热，反应介质通过炉管内的催化剂床层进行反应。炉管是制氢转化炉的核心，既具有反应器的特点，又具有压力容器的特点[2]。通常，炉管内径60～200 mm，壁厚10～25 mm，长度10～15 m，服役温度在950 ℃左右，内压1～4 MPa，设计使用寿命10万h[3]。炉管不仅暴露在恶劣的高温环境下，还承受长时间的工作应力，以及其他附加应力等，因而不可避免地出现蠕变现象。HP40Nb合金的铸态结构由奥氏体基体和具有连续网格结构的枝晶界碳化物组成，可以有效地阻碍蠕变过程中晶界的滑动。凭借其优良的高温力学性能，HP40Nb合金被广泛应用于转化炉炉管中[4-5]。但服役过程中，碳化物的粗化以及蠕变孔洞的出现会导致HP40Nb合金的蠕变性能下降，蠕变损伤被认为是导致HP40Nb炉管失效的主要原因[6]。

在服役过程中，催化剂搭桥、炉嘴偏烧以及结焦等原因会导致局部过热，过热温度能高达1 100 ℃[7-10]。这种局部过热现象，会导致炉管使用寿命极大地缩减，严重会直接导致炉管失效。……