塔底柴油蒸汽發生器管束裂紋分析及防范措施

摘 要：塔底柴油蒸汽發生器E-204，管束泄漏的原因及防范措施，以保障裝置的長周期運行。

關鍵詞： 蒸汽發生器； 管束； 裂紋；管板；焊縫

1.E-204簡介：

1.1. E-204簡介

E-204是柴油加氫裝置塔底柴油蒸汽發生器，屬于U形管式換熱器。殼程串聯蒸汽發汽包（D-501），介質為除氧水與蒸汽；管程介質為240℃左右精制柴油。

1.2.損壞經過

E-204于2011年11月投用，2012年6月發生內漏。更換新管束運行至2013年1月17日，再次泄漏。

2.檢修情況

2.1.檢修概述

2012年檢修，打開后在二、三、四管程的管板孔橋、管板與換熱管焊肉、脹接處均發現肉眼可見的裂紋，對管板進行了著色滲透探傷，在一管程發現大量細微裂紋，達到報廢標準，于是更換新管束運行。運行至2013年1月17日再次泄漏，打開后情況與2012年情況相似。四管程有一處較大的砂眼。

2.2.宏觀檢驗

E-204管板表面和管子內部無明顯腐蝕減薄痕跡，管板與管子的焊縫處既有徑向裂紋（圖1），又有周向裂紋（圖2），將管子刨開檢查，未見脹接痕跡（圖3）。

（圖1） （圖2） （圖3）

從宏觀檢驗可以看出，徑向裂紋是熱疲勞形成的，周向裂紋是焊接和應力共同作用的結果。

2.3.金相檢驗

從已報廢管板上取樣，經打磨、拋光及浸蝕后進行金相檢驗，其中管板上選取點1處的金相組織為：鐵素體+珠光體，有嚴重偏析現象（圖4），管子上選取點2處的金相組織為：鐵素體+珠光體（圖5），焊縫上選取3處的金相組織為：先共析鐵素體+珠光體+針狀鐵素體（圖6），是應力過大產生裂紋的原因。

（圖4） （圖5） （圖6）

從檢驗可以看出管板金相組織不正常，有嚴重的偏析現象，周向裂紋是沿晶熱裂紋，是由于焊接金屬產生偏析和殘余應力作用形成的；徑向裂紋是穿晶裂紋，是應力過大和熱疲勞共同作用形成的。

2.4.硬度檢驗

E-204管板的硬度值為127-139BHLD，管子的硬度為：103-139HBLD，經檢測管板與管子的硬度值均正常。

2.5.化學分析

E-204的管子材質是10；管板材質為：16MnR。經光譜分析，所測元素化學成分符合相關要求，管板材質是合格的。

3.原因分析：

3.1.溫差應力

3.2. 制造原因

換熱管與管板脹焊時，處于水平放置位置，無法保證換熱管與管板間隙均勻，換熱管與管板脹焊完成后，會造成局部過度變形，產生冷加工硬化；加之過脹，造成脹接處存在較高殘余應力。加之換熱器工作時的拉伸應力，為換熱管的應力腐蝕創造了必要條件。

3.3.管束振動

殼程介質屬汽液混相，兩相流體橫向流過管束，相變會激起管束振動，管束的劇烈振動誘使力學性能較差的缺陷處發生疲勞失效。

3.4.結論

管束泄露的主要原因

3.4.1.在管板和管子制作過程中未進行脹接或者脹接不到位。

3.4.2.焊接不均勻，焊縫發生了成分偏析。

3.4.3.工藝操作參數波動，引起熱疲勞。

4.防范措施：

4.1. 運行工況調整

4.1.1.從工藝操作保持平穩運行，避免管束急冷急熱，造成管束出現較大的溫差應力。

4.2. 改進加工工藝

4.2.1.焊接要求

4.2.1.1.換熱器的焊接嚴格遵守焊接工藝及焊后熱處理。

4.2.1.2.所有焊接接頭外觀檢查合格。

4.2.2.脹接要求

脹貼完畢后，對于脹度不足者，應進行補脹；對于脹度超過規定范圍者；應更換換熱管 后重新進行焊接和貼脹。

5.結語

近年來國內新建煉廠的工藝包也大都采用國外的先進設計理念，但對于蒸汽發生器并不僅是靠提高材質等級避免泄漏，優化操作參數、嚴格控制換熱器的制造質量和采用合理的制造工藝也尤為重要。目前我車間正在積極準備改造工藝流程，確保運行參數在設計范圍內，同時對新管束的制作工藝也進行了進一步的優化，加強了制造過程的嚴格監督檢驗，這些都將為蒸汽發生器的長周期運行奠定堅實的基礎。

參考文獻：

[1]周宏.蒸汽發生器泄漏原因與處理措施[J].河南化工，2009.26：43-45.

[2]洪曉燕.蒸汽發生器泄漏原因分析[J].石油化工設備，2005.34（5）：89-90.