李曉犇 秦麗芳 劉開(kāi)分(兗礦集團(tuán)濟(jì)寧化工機(jī)械廠， 山東 濟(jì)寧 272000)

關(guān)于尾氣回收廢鍋管束缺陷原因分析

李曉犇 秦麗芳 劉開(kāi)分(兗礦集團(tuán)濟(jì)寧化工機(jī)械廠， 山東 濟(jì)寧 272000)

針對(duì)某化工廠硫回收裝置中尾氣回收廢鍋管束發(fā)生泄漏，從設(shè)計(jì)，介質(zhì)和操作情況等方面對(duì)泄露原因進(jìn)行了綜合分析，為避免和解決廢熱鍋爐管束泄露問(wèn)題，完善設(shè)備運(yùn)行管理提供了一些成功的經(jīng)驗(yàn)。

廢鍋；換熱器；泄露；介質(zhì)

某化工廠在硫回收裝置技改中，委托我單位設(shè)計(jì)并加工制作了一臺(tái)尾氣回收廢鍋設(shè)備，該設(shè)備在安裝運(yùn)行半年左右，管束后端出現(xiàn)多處換熱管與管板管頭泄露的現(xiàn)象，且后端管板腐蝕嚴(yán)重。

1 設(shè)備概況及現(xiàn)狀

(1)設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)：

設(shè)備名稱 尾氣回收廢鍋 容器類別 Ⅰ設(shè)計(jì)壓力/MPa 殼程：0.7 工作壓力/MPa 殼程：0.5管程：0.017 管程：0.015設(shè)計(jì)溫度/℃ 殼程：170 工作溫度/℃ 殼程：158管程：268 管程：250介質(zhì) 殼程：水，飽和蒸汽管程：煙氣 換熱面積 165m2管板材料 Q245R 換熱管材料 S32168/ Φ51×4

(2)設(shè)備現(xiàn)狀 該設(shè)備在使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)管程出口處摻雜大量水，打開(kāi)后端管箱后，發(fā)現(xiàn)換熱管與管板管頭發(fā)生泄露，致使殼程大量冷卻水進(jìn)入管程。將該設(shè)備與系統(tǒng)切斷后，對(duì)殼程進(jìn)行水壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有17根管頭發(fā)生泄漏，對(duì)發(fā)生泄露的部位進(jìn)行滲透檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)管板與換熱管管頭之間的角焊縫存在多處裂紋。且在該管板表面，發(fā)現(xiàn)了大量綠色結(jié)晶物，該結(jié)晶物將管板覆蓋，除去該結(jié)晶物，管板表面出現(xiàn)大量腐蝕坑，管板腐蝕非常嚴(yán)重。按照?qǐng)D樣要求，后端管箱內(nèi)壁及管板表面須安裝澆注料，設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)未發(fā)現(xiàn)澆注料。

2 原因分析

(1)硫化物結(jié)晶 該設(shè)備為硫回收裝置技改替換設(shè)備，原設(shè)備換熱面積為108m2，使用單位工藝部門提出要求將換熱面積變大為164m2，換熱管長(zhǎng)度加長(zhǎng)，煙道氣在管程行程變長(zhǎng)，在到達(dá)后端管箱處煙道氣溫度過(guò)低，易造成后端管箱處硫化物結(jié)晶，大量結(jié)晶的硫化物附著在設(shè)備內(nèi)表面，造成管頭焊縫和管板表面腐蝕嚴(yán)重。在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)未見(jiàn)圖樣要求的設(shè)備內(nèi)壁澆注料，管板與焊縫表面直接與介質(zhì)和結(jié)晶物接觸，加劇了管板和焊縫表面腐蝕嚴(yán)重。

(2)異種膨脹系數(shù)不同 管板Q245R同屬同類別同組別材料，兩者膨脹系數(shù)相同。使用單位工藝部門提出用S32168取代20鋼管，且使用單位為節(jié)省開(kāi)支，要求管板仍使用跟原來(lái)設(shè)備同樣的Q245R材料，致使該設(shè)備換熱管與管板焊縫接頭變?yōu)楫惙N鋼接頭，在250℃的工作溫度下，S32168的膨脹系數(shù)為17.42×10-6mm/mm·℃，Q245R的膨脹系數(shù)為12.56×10-6mm/ mm·℃，由于S32168與Q245R的膨脹系數(shù)不同，在250℃工作溫度下的膨脹的程度不同，造成熱應(yīng)力集中，熱應(yīng)力集中到一定程度，造成焊縫撕裂，表現(xiàn)為裂紋。

(3)硫化氫應(yīng)力腐蝕 該設(shè)備管程的介質(zhì)為煙氣，該介質(zhì)為混合物，含有H2S和水蒸氣，形成濕硫化氫應(yīng)力腐蝕環(huán)境。在濕硫化氫應(yīng)力腐蝕環(huán)境下，由氫導(dǎo)致的設(shè)備應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂一般都稱為氫損傷，能夠表現(xiàn)為應(yīng)變相關(guān)式，即裂紋的出現(xiàn)需要材料在宏觀上的塑性變形。這種形式因?yàn)樾枰暧^上的屈服，所以一般發(fā)生在較高的應(yīng)力情況下(即膨脹系數(shù)不同造成的應(yīng)力集中)，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致材料韌性的下降。失效形式為硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(SSCC)。

3 修復(fù)方案及改進(jìn)措施

(1)焊縫返修 對(duì)有缺陷的管頭采用砂輪機(jī)拆除套管，清理焊縫表面及周邊的結(jié)晶物。對(duì)有缺陷的焊縫及其熔合線部位采用角磨機(jī)清除缺陷，打磨至無(wú)可見(jiàn)缺陷為止。對(duì)清理部位采用100%滲透檢測(cè)，符合NB/T47013.5-2015Ⅰ級(jí)為合格時(shí)，按焊接工藝對(duì)缺陷焊縫和腐蝕的管板進(jìn)行補(bǔ)焊；若還有缺陷，則繼續(xù)打磨3mm左右深，再進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，直至符合NB/ T47013.5-2015Ⅰ級(jí)合格后，按焊接工藝對(duì)缺陷焊縫和腐蝕的管板進(jìn)行補(bǔ)焊。焊縫補(bǔ)焊結(jié)束后，觀察外觀無(wú)缺陷后，對(duì)焊縫進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，符合NB/T47013.5-2015Ⅰ級(jí)合格。無(wú)損檢測(cè)合格后，對(duì)該設(shè)備殼程進(jìn)行水壓試驗(yàn)。對(duì)各管口加裝盲板，或切斷閥門，使設(shè)備與系統(tǒng)斷開(kāi)。在焊接有壓力表座的盲板上按裝壓力表，安裝連接打壓泵，緩慢升至設(shè)計(jì)壓力檢驗(yàn)確認(rèn)無(wú)泄漏后，升壓至試驗(yàn)壓力，保壓時(shí)間不得低于30分鐘，對(duì)所有焊縫和連接部位進(jìn)行檢查。試壓過(guò)程中無(wú)滲漏、無(wú)可見(jiàn)的異常變形及無(wú)異常的響聲為合格。水壓試驗(yàn)合格后，重新固定拆除的套管，點(diǎn)固時(shí)須避開(kāi)焊接焊縫。

(2)調(diào)整工藝參數(shù)，減少結(jié)晶現(xiàn)象 對(duì)設(shè)備缺陷進(jìn)行修復(fù)完畢后，使用單位按圖樣要求在后端管箱內(nèi)壁安裝澆注料。因該設(shè)備比原設(shè)備換熱面積大，工藝部門應(yīng)適當(dāng)降低殼程冷卻水的工作壓力，以降低冷卻水的流通量，避免管程介質(zhì)到達(dá)后端管箱時(shí)的溫度過(guò)低，減少管程介質(zhì)在后端管箱的結(jié)晶現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

在硫回收裝置中，尾氣回收廢鍋長(zhǎng)期處于高溫條件下，且工作介質(zhì)溫度高，危害大。在進(jìn)行技改時(shí)，工藝部門應(yīng)進(jìn)行工藝計(jì)算，優(yōu)化參數(shù)，在更改設(shè)計(jì)選材時(shí)，應(yīng)與設(shè)計(jì)單位進(jìn)行充分溝通，多方面考慮，避免因工藝參數(shù)和選材不當(dāng)造成的損失；在安裝使用過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格安照?qǐng)D樣要求和相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，避免因技改替換設(shè)備而造成不必要的損失；應(yīng)用部門應(yīng)隨時(shí)注意和管理設(shè)備運(yùn)行狀況，作出有針對(duì)性的工藝調(diào)整，減緩設(shè)備因不當(dāng)運(yùn)行造成的損害。

[1]TSG 21-2016.固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[2]GB150.1～150.4-2011.壓力容器[S].

[3]GB/T151-2014.熱交換器[S].

[4]NB/T47015-2011.壓力容器焊接規(guī)程[S].