關于尾氣回收廢鍋管束缺陷原因分析

李曉犇 秦麗芳 劉開分(兗礦集團濟寧化工機械廠， 山東 濟寧 272000)

關于尾氣回收廢鍋管束缺陷原因分析

李曉犇 秦麗芳 劉開分(兗礦集團濟寧化工機械廠， 山東 濟寧 272000)

針對某化工廠硫回收裝置中尾氣回收廢鍋管束發生泄漏，從設計，介質和操作情況等方面對泄露原因進行了綜合分析，為避免和解決廢熱鍋爐管束泄露問題，完善設備運行管理提供了一些成功的經驗。

廢鍋；換熱器；泄露；介質

某化工廠在硫回收裝置技改中，委托我單位設計并加工制作了一臺尾氣回收廢鍋設備，該設備在安裝運行半年左右，管束后端出現多處換熱管與管板管頭泄露的現象，且后端管板腐蝕嚴重。

1 設備概況及現狀

(1)設備的主要技術參數：

設備名稱 尾氣回收廢鍋 容器類別 Ⅰ設計壓力/MPa 殼程：0.7 工作壓力/MPa 殼程：0.5管程：0.017 管程：0.015設計溫度/℃ 殼程：170 工作溫度/℃ 殼程：158管程：268 管程：250介質 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)設備現狀 該設備在使用過程中，發現管程出口處摻雜大量水，打開后端管箱后，發現換熱管與管板管頭發生泄露，致使殼程大量冷卻水進入管程。將該設備與系統切斷后，對殼程進行水壓試驗，發現有17根管頭發生泄漏，對發生泄露的部位進行滲透檢測，發現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，發現了大量綠色結晶物，該結晶物將管板覆蓋，除去該結晶物，管板表面出現大量腐蝕坑，管板腐蝕非常嚴重。按照圖樣要求，后端管箱內壁及管板表面須安裝澆注料，設備現場未發現澆注料。

2 原因分析

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

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

(3)硫化氫應力腐蝕 該設備管程的介質為煙氣，該介質為混合物，含有H2S和水蒸氣，形成濕硫化氫應力腐蝕環境。在濕硫化氫應力腐蝕環境下，由氫導致的設備應力腐蝕開裂一般都稱為氫損傷，能夠表現為應變相關式，即裂紋的出現需要材料在宏觀上的塑性變形。這種形式因為需要宏觀上的屈服，所以一般發生在較高的應力情況下(即膨脹系數不同造成的應力集中)，同時會導致材料韌性的下降。失效形式為硫化物應力腐蝕開裂(SSCC)。

3 修復方案及改進措施

(1)焊縫返修 對有缺陷的管頭采用砂輪機拆除套管，清理焊縫表面及周邊的結晶物。對有缺陷的焊縫及其熔合線部位采用角磨機清除缺陷，打磨至無可見缺陷為止。對清理部位采用100%滲透檢測，符合NB/T47013.5-2015Ⅰ級為合格時，按焊接工藝對缺陷焊縫和腐蝕的管板進行補焊；若還有缺陷，則繼續打磨3mm左右深，再進行100%滲透檢測，直至符合NB/ T47013.5-2015Ⅰ級合格后，按焊接工藝對缺陷焊縫和腐蝕的管板進行補焊。焊縫補焊結束后，觀察外觀無缺陷后，對焊縫進行100%滲透檢測，符合NB/T47013.5-2015Ⅰ級合格。無損檢測合格后，對該設備殼程進行水壓試驗。對各管口加裝盲板，或切斷閥門，使設備與系統斷開。在焊接有壓力表座的盲板上按裝壓力表，安裝連接打壓泵，緩慢升至設計壓力檢驗確認無泄漏后，升壓至試驗壓力，保壓時間不得低于30分鐘，對所有焊縫和連接部位進行檢查。試壓過程中無滲漏、無可見的異常變形及無異常的響聲為合格。水壓試驗合格后，重新固定拆除的套管，點固時須避開焊接焊縫。

(2)調整工藝參數，減少結晶現象 對設備缺陷進行修復完畢后，使用單位按圖樣要求在后端管箱內壁安裝澆注料。因該設備比原設備換熱面積大，工藝部門應適當降低殼程冷卻水的工作壓力，以降低冷卻水的流通量，避免管程介質到達后端管箱時的溫度過低，減少管程介質在后端管箱的結晶現象。

4 結語

在硫回收裝置中，尾氣回收廢鍋長期處于高溫條件下，且工作介質溫度高，危害大。在進行技改時，工藝部門應進行工藝計算，優化參數，在更改設計選材時，應與設計單位進行充分溝通，多方面考慮，避免因工藝參數和選材不當造成的損失；在安裝使用過程中，應嚴格安照圖樣要求和相關的標準規定，避免因技改替換設備而造成不必要的損失；應用部門應隨時注意和管理設備運行狀況，作出有針對性的工藝調整，減緩設備因不當運行造成的損害。

[1]TSG 21-2016.固定式壓力容器安全技術監察規程[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.壓力容器焊接規程[S].