成洲 蔡萌(山東齊魯石化機(jī)械制造有限公司，山東 淄博 255400)

0 引言

尾氣回收廢熱鍋爐(簡稱廢鍋)主要用于利用高溫流體熱源作為生產(chǎn)蒸汽，屬于化工生產(chǎn)過程流體的熱交換裝置。某客戶在硫回收裝置技改過程中，委托我公司設(shè)計制造尾氣回收廢鍋。我公司根據(jù)客戶要求進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計，客戶使用產(chǎn)品一段時間后，發(fā)生硫化物結(jié)晶以及管束開焊泄漏問題。針對現(xiàn)場問題進(jìn)行分析，我公司找出產(chǎn)生這些缺陷的原因并進(jìn)行了改進(jìn)，滿足產(chǎn)品試驗要求。

1 設(shè)備概況及現(xiàn)狀

1.1 設(shè)備技術(shù)參數(shù)

設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)，見表1。

表1 設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)

1.2 現(xiàn)場設(shè)備現(xiàn)狀

通過對設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場拆檢分析，發(fā)現(xiàn)存在以下問題，主要包括設(shè)備后部管頭泄露嚴(yán)重，管板表面覆蓋結(jié)晶物，且存在比較嚴(yán)重的腐蝕。經(jīng)過PT 檢測發(fā)現(xiàn)管頭存在一定的裂紋。經(jīng)過現(xiàn)場清理發(fā)現(xiàn)，后端管箱以及管板沒有按照要求澆筑?，F(xiàn)場拆檢照片如下圖所示：其中圖1為硫化物結(jié)晶，圖2為管板與換熱管焊縫開焊。

圖2 管板與換熱管焊縫開焊

2 故障原因分析

2.1 結(jié)晶物沉淀問題

該廢熱鍋爐屬于硫回收系統(tǒng)技改設(shè)備，原設(shè)備換熱面積103m2，根據(jù)用戶單位工藝部門的要求，對硫回收裝置廢熱鍋爐進(jìn)行改進(jìn)，換熱面積增加到168m2，換熱管長度進(jìn)行了加長處理，從而導(dǎo)致煙氣在管程的行程增加，到達(dá)后部管箱時，溫度降低，從而導(dǎo)致在后端管箱位置的硫化物結(jié)晶嚴(yán)重，在設(shè)備的表面附著了大量的硫化物。通過現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，客戶在安裝過程中，沒有按照我方設(shè)計在設(shè)備內(nèi)部澆筑料，導(dǎo)致了管板焊縫與流體介質(zhì)以及硫化物結(jié)晶直接接觸，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的表面腐蝕。

2.2 異種金屬引起的焊縫開裂

針對換熱管和管板之間焊縫開裂的問題進(jìn)行復(fù)盤分析，發(fā)現(xiàn)換熱管和管板采用了不同的金屬材料。原來設(shè)備換熱管材料為20#鋼，管板為Q245R，管板和換熱管材質(zhì)基本一致，不存在異種金屬焊接問題。在技改過程中，客戶工藝部門提出采用換熱管采用S32168取代20#鋼，這樣就使得換熱管和管板之間的焊接為異種金屬焊接。在250℃高溫的工作環(huán)境下，S32168的膨脹系數(shù)與Q245R 的膨脹系數(shù)不同。在工作溫度下造成應(yīng)力集中，通過長時間的應(yīng)力作用，造成管板與換熱管之間焊縫撕裂，最終造成裂紋甚至是開焊。

2.3 硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂

該廢氣鍋爐屬于硫回收裝置尾氣廢鍋，管程介質(zhì)為含硫煙氣的混合物，主要包括硫化氫，二氧化硫已經(jīng)水蒸氣等。因此在這種環(huán)境下非常容易造成濕硫化氫應(yīng)力腐蝕環(huán)境。在濕硫化氫環(huán)境下，設(shè)備的氫致開裂問題不可避免，這種由于氫致開裂引起的損傷一般稱為氫損傷，氫致開裂與宏觀缺陷存在相關(guān)性，材料的宏觀變形是裂紋開裂的必要條件。由于宏觀屈服的需要，這種情況一般發(fā)生在由于膨脹系數(shù)不同引起的應(yīng)力集中從而導(dǎo)致在高應(yīng)力的情況下產(chǎn)生。同時這種損傷也會引起材料的韌性下降。外部表現(xiàn)為硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂。

3 修復(fù)方案及應(yīng)對策略

3.1 現(xiàn)場設(shè)備返修

針對現(xiàn)場出現(xiàn)的問題，首先對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行返修，保證生產(chǎn)順利進(jìn)行。對于存在缺陷的管頭，首先要進(jìn)行返修處理。采用碳弧氣刨或角磨機(jī)將缺陷位置清除，清理完成后對清理的位置進(jìn)行PT 檢測，檢測合格后，按照工藝評定進(jìn)行補焊返修，如果探傷不合格，繼續(xù)加深去除，然后再次進(jìn)行PT 檢測，直到符合要求后進(jìn)行返修。按照焊接工藝評定進(jìn)行補焊返修后，首先對焊縫外觀進(jìn)行檢查，外觀檢查合格后進(jìn)行PT 檢測，檢測要求100%檢測，直到檢測合格后進(jìn)行靜水壓測試。在靜水壓測試之前，首先通過安裝盲板和關(guān)閉閥門的方式將設(shè)備與生產(chǎn)系統(tǒng)徹底斷開，在設(shè)備適當(dāng)?shù)臏y試法蘭上安裝壓力表，用于監(jiān)測測試壓力的升降和測試過程的壓降情況。封堵完成后，將設(shè)備連接試壓泵，緩慢升壓至工作壓力并保壓，保證無泄漏，然后升高到實驗壓力，并保壓半小時以上，測試完成后檢查所有焊縫和連接部位，保證測試過程無壓降，無滲漏，無異響。測試合格后產(chǎn)品交付客戶使用。

3.2 調(diào)整工藝參數(shù)

設(shè)備缺陷返修合格后，要求使用單位按照設(shè)計要求在后端管箱內(nèi)壁安裝澆注料。由于根據(jù)工藝部門要求增加了換熱面積，導(dǎo)致管程距離增加，因此對于客戶工藝提出優(yōu)化意見。根據(jù)我方建議，客戶的工藝部門通過工藝計算，降低了殼程冷卻水的工作壓力和流量，避免了由于設(shè)計改進(jìn)引起的管程介質(zhì)在末端管箱由于降溫過快產(chǎn)生的硫化物結(jié)晶現(xiàn)象。工藝部門按照我方建議整改優(yōu)化工藝只有，到目前為止，設(shè)備一直運轉(zhuǎn)正常，換熱管內(nèi)的結(jié)晶問題基本解決。

4 結(jié)語

廢氣硫回收的整個工藝中，本次設(shè)計制造的尾氣回收廢鍋長期處于高溫工作環(huán)境，同時由于管程介質(zhì)溫度高，溫差大，流體濕度大等問題，產(chǎn)生了硫化物結(jié)晶、焊縫腐蝕開裂等問題，因此在返修整改的基礎(chǔ)上，必須做好設(shè)備的維護(hù)工作，對于現(xiàn)場問題，及時發(fā)現(xiàn)和解決，避免造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。在進(jìn)行技改的過程中，工作為設(shè)計單位，對于客戶的工藝部門提出的設(shè)計要求必須進(jìn)行充分的考慮，對于工藝參數(shù)、介質(zhì)等進(jìn)行詳細(xì)分析，對于客戶提出的要求需要謹(jǐn)慎對待，對于可能產(chǎn)生的問題，要在充分溝通的基礎(chǔ)上進(jìn)行多方面考慮，從而盡最大努力避免在安裝和使用過程中的不當(dāng)操作造成不必要的損失。