廢熱鍋爐U型換熱管泄漏分析及預防措施

林雪松，陳本榮，樊雪峰，蔡志強

（四川省電力工業調整試驗所，成都 610072）

0 前言

某煤化廠3臺廢熱鍋爐在運行期間，蒸汽品質監測發現蒸汽中含有硫化氫、一氧化碳、二氧化碳等成份，判斷設備可能存在泄漏，為保證蒸汽品質，請設備生產廠家對鍋爐進行了維修。維修期間，水壓試驗證實廢熱鍋爐U型換熱管確實發生了泄漏，因不便于更換，故只能對泄漏管段進行封堵。需弄清泄漏的真正原因，從而徹底解決泄漏問題[1-5]。

該廠廢熱鍋爐結構如圖1所示，筒體材質為Q345R+0Cr18Ni10Ti，換熱管材質為0Cr18Ni10Ti，規格為φ19×2，換熱管與管板的連接采用強度焊+貼脹的形式。殼程介質為鍋爐給水和水蒸氣，管程介質為變換氣。

圖1 廢熱鍋爐結構

1 爆口分析

1.1 宏觀檢查

現場觀察發現3根U型換熱管管子泄漏，位于鍋爐入口高溫段管板位置。管子無明顯變形、磨損、和機械損傷。其中1根管子漏點有明顯裂紋，其余2根泄漏管子漏點不明顯。

1.2 表面滲透檢測

對漏點不明顯的管子內外表面進行滲透檢測，發現管子與管板焊接端存在多條裂紋，管子外表面裂紋數量多于外表面，個別裂紋為貫穿性裂紋，裂紋走向多為軸向開裂。

1.3 材質分析

對3根泄露管取樣進行力學、化學成分分析和金相檢測，檢測結果表明該U型管力學性能[6]滿足標準要求?；瘜W成分分析結果如表1所示。泄漏段各元素含量均滿足GB13296-2013 0Cr18Ni10Ti的要求。金相檢測表明微觀組織為正常奧氏體，泄漏處裂紋為穿晶裂紋，極少部分沿晶。

1.4 裂紋形貌分析

通過掃描電鏡分析，發現裂紋整體猶如樹木根須狀分布，從管子外部向內部發展；有一條主裂紋，“主裂紋擴展較快，其他分支裂紋擴展較慢，這是應力腐蝕斷口的典型特征，根據這一特征可以將應力腐蝕與腐蝕疲勞、晶間腐蝕及其他形式的斷裂形式區分開來[1]。”，從裂紋形貌看，此換熱管產生裂紋的原因是應力腐蝕。圖6為掃錨電鏡檢測結果，表明裂紋為穿晶裂紋，存在次生裂紋，整體呈河流花樣。

1.5 能譜分析

對裂紋尖端附近管子內壁垢物進行能譜分析，主要成分為Fe、Cr、Ni、O，同時存在Cl、S、K、Ca和Na等成分，見圖2。

圖2 能譜分析結果

2 泄漏原因分析

1）U型換熱管泄漏[7]部位位于水側脹管起至強度焊位置是高應力區，有脹接應力、溫差應力、焊接應力、工作應力等，具有應力腐蝕的應力條件。

2）由于換熱管和管板的連結采用強度焊加貼脹，部分換熱管和管板間存在縫隙，設備運行期間，水中Cl、S等腐蝕介質在縫隙中富集和濃縮，形成應力腐蝕的介質條件。

3）裂紋呈河流花樣，有分叉現象，具有典型應力腐蝕開裂特征。

4）該煤化廠3臺鍋爐給水共用一套水處理設備，鍋爐投運期間，U型換熱管泄漏發生泄漏前，鍋爐水處理設備曾在損壞維修期間處于停運狀態。

綜上所述該煤化廠廢熱鍋爐U型換熱管泄漏的原因是應力腐蝕開裂[8]。

3 結束語

1）加強鍋爐給水水質監控，嚴格控制水中易引起應力腐蝕開裂的有害元素。

2）全面檢查U型換熱管脹焊部位外觀質量，對存在縫隙、焊縫咬邊等易于介質富集等制造缺陷及時進行處理。

3）為了提高鍋爐給水水質處理系統的可靠性，保障鍋爐的給水品質，按本文建議，該廠增加了一套水處理設備，保證鍋爐投運期間，水處理設備始終處理投運狀態，經改造后，鍋爐U型換熱管再未發生類似泄漏事故。