转化器是硫酸制备装置中的核心设备之一，其作用是将SO2经过催化氧化反应转换为SO3，为了达到烟气的排放标准且最大限度地提高SO2的转化率，将转化器设计为分层多段反应结构[1-6]。转化器的结构主要分为积木式和中心筒式，积木式转化器在服役过程中容易出现转化器一段转化率下降、一段壳体与加强圈处筒体开裂漏气等问题[7-9]。为了进一步节省材料、缩短建造周期，以及提高转化效率，目前的转化器结构以中心筒式为主。硫酸制备装置最早采用铅制方形空室，后来相继出现了碳钢制造塔器，现阶段国内硫酸制备装置转化器的材料主要为不锈钢[10-11]，未来将研发碳纤维及高新不锈钢专用转换器材料，选材趋于减少故障率。为满足转化器的服役承重要求，可在中心筒设置加强筋板，筋板的强化作用至关重要，直接影响硫酸装置的正常生产[12-14]。国内某化工公司硫酸转化器装置已安装使用了15 a，在对其进行停车检修中发现气室（一段室）中心筒筋板发生严重氧化，材料劣化严重。中心筒筋板的材料为0Cr18Ni9钢，该钢属于低碳奥氏体不锈钢，其具有优良的耐高温性能和耐氧化性酸腐蚀性能。中心筒筋板的厚度为14 mm，工艺参数为：操作温度为550 ℃，操作压力为40 kPa，介质为SO2/SO3。笔者采用一系列理化检验方法分析了该筋板劣化的原因，以避免该类问题再次发生。
1. 理化检验
1.1 宏观观察
送检筋板试样的尺寸（长度×宽度×厚度）为140 mm×110 mm×14 mm，其宏观形貌如图1所示。由图1可知：试样两侧外表面呈严重的氧化色，其中一面呈现较深的黑褐色，其表面还存在明显集中的疑似氧化垢物，另一面呈现略浅的棕褐色，表面的颜色分布不均匀，表面垢物的附着力较大，用刀片划过后不易有垢物脱落。
1.2 化学成分分析
在该筋板上取样，对试样进行化学成分分析，结果如表1所示。由表1可知：筋板的Ni元素含量低于GB 24511—2017 《承压设备用不锈钢和耐热钢钢板和钢带》的要求，其他化学成分满足标准要求。
| 项目 | 质量分数 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | |
| 实测值 | 0.07 | 0.31 | 1.20 | 0.025 | 0.003 | 18.14 | 7.88 |
| 标准值 | ≤0.080 | ≤0.750 | ≤2.000 | ≤0.035 | ≤0.020 | 18.000~20.000 | 8.000~10.500 |
1.3 力学性能测试
依据GB/T 229—2020 《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》对筋板试样进行冲击试验，试样尺寸（长度×宽度×厚度）为55 mm×10 mm×10 mm，采用V型缺口试样，试验温度为室温（23±5） ℃。依据GB/T 228.1—2021 《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》对筋板试样进行室温拉伸试验，采用圆形拉伸试样，试样尺寸（直径）为10 mm，试样标距为50 mm。依据GB/T 228.2—2015 《金属材料 拉伸试验 第2部分：高温试验方法》对筋板试样进行高温（550 ℃）拉伸试验，采用圆形拉伸试样，试样尺寸（直径）为8 mm，试样标距为40 mm。
筋板试样的力学性能测试结果如表2所示。由表2可知：试样室温下的抗拉强度、屈服强度均满足标准GB 24511—2017的要求，但断后伸长率低于标准要求，断面收缩率不满足文献[15]的要求（≥60），试样的屈强比为0.46，高于标准要求（16%）；试样的平均冲击吸收能量为72.8 J，低于文献[15]的要求（228~267 J）；试样高温下的屈服强度满足标准GB 24511—2017的要求。
| 试验温度/℃ | 项目 | 抗拉强度/MPa | 屈服强度/MPa | 断后伸长率/% | 断面收缩率/% | 平均冲击吸收能量/J |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 23±5 | 实测值 | 569.5 | 267.5 | 18 | 28 | 72.8 |
| 标准值 | ≥520 | ≥205 | ≥40 | — | — | |
| 文献[15]要求值 | — | — | — | ≥60 | 228~267 | |
| 550 | 实测值 | 330 | 154 | 23 | — | — |
| 标准值 | — | ≥106 | — | — | — |
对筋板截面及表面进行硬度测试，结果如图2所示。由图2可知：试样表面硬度略高于心部，表面平均硬度达到182 HV，心部的平均硬度为126 HV，整个截面的平均硬度为154 HV，均符合标准GB 24511—2017的要求（≤210 HV）。压痕处的微观形貌如图3所示，可见箭头指示部位有微裂纹。
