[实例赏析]如何对含缺陷的高温设备进行维修?

具体案例：

本案例以异丁烷脱氢反应器为例，异丁烷脱氢反应单元包括多台反应器，由烃进口总管、空气进口总管、烃出口总管、空气出口总管及抽真空总管构成一个连续操作的反应系统，这些总管和反应器一起均在高温、低压力下操作。异丁烷脱氢过程是在固定床式卧式反应器中进行，反应为吸热反应，周期性切换。高温的烃气体通过高温催化剂发生脱氢反应，脱氢反应需要的热量由催化剂提供，当催化剂温度不足以维持脱氢反应的转化率时，该台反应器切换到再生模式，通入蒸汽吹扫后引入高温空气并烧掉催化剂床层中的结碳，随后进行抽真空和催化剂还原，然后进行下一个操作循环。脱氢反应单元中并列布置的多台反应器，当一台（或几台）反应器进行脱氢反应操作时，一台处于再生和再加热，一台处于抽真空和催化剂还原操作。反应系统中通过多台反应器配置，烃进入总管、烃出口总管、空气进入总管、抽真空总管和蒸汽进入总管不需要间断运行，简单地从一台反应器切换到另一台反应器中，整个反应系统实现连续操作。一台反应器的一个完整循环周期为22.5分钟。

异丁烷脱氢反应器直径6750 mm，最大的接管为空气进口接管，直径为2210 mm，该设备的设计压力为0.276 MPa，操作介质温度为250℃~705℃，由于反应器壳体内部有耐火砖进行隔热，反应器壳体设计温度为400℃。由于该反应器内壁有耐火材料，且循环周期较短，设备壳体温度变化较小，所以忽略了由于温度循环产生的疲劳。

本设备的工作内容是更换空气进口接管，但打开反应器之后，发现反应器里面的耐火砖发生脱落，且在空气进口接管周围有一条20多里面的贯穿性裂纹，还有数不清的很多小裂纹。遇到这种情况，这无疑给更换空气进口接管造成了一定的困难。

裂纹产生的原因分析：

由于空气进口接管连接着空气进口管线，虽然空气进口管线上安装了较多的膨胀节和限位结构，但空气管线在705℃高温介质下，仍然会产生较大的热位移，会对空气进口管线产生较大的管道载荷，进而造成接管与反应器壳体连接处应力较大，反应器壳体也会产生较大的变形，进而导致反应器内部的耐火砖脱落，反应器壳体直接与高温气体接触，出现超温现象，通过金相组织分析，材料发生了球化和降级；且在高应力作用下，反应器壳体产生裂纹，直至出现贯穿性裂纹。

最后根据ASME PCC-2标准，建议业主对贯穿性裂纹的反应器壳体进行局部更换，然后对反应器其它区域有裂纹的壳体进行贴板，并采用角焊缝的形式进行焊接。

有限元建模分析：