余熱回收器換熱管與管板連接處泄漏失效分析

(南京工業大學 機械與動力工程學院，南京 211816)

0 引言

1 設備及失效概況

泄漏的余熱回收器的管程介質是工藝氣，其工作壓力0.013 MPa，入口溫度903.7 ℃，出口溫度420 ℃，管程氣體為“左進右出”。殼程介質是

鍋爐給水，其工作壓力5.5 MPa，入口溫度269.9 ℃，出口溫度271.22 ℃，殼程鍋爐給水方式為“下進上出”。換熱管的材料Q345D，規格為?32 mm×4 mm，引用標準GB 6479—2013《高壓化肥設備用無縫鋼管》。設備投入運行后不久發現有10余根換熱管發生泄漏失效。

2 理化試驗檢測

2.1 宏觀形貌分析

余熱回收器試樣宏觀照片見圖1(a)，可以看出，漏點附近管板已經經過補焊，管內通煙氣側有陶瓷管保護。選擇管板漏點和非漏點位置分別取樣做宏觀檢查，取樣位置見圖1(a)。取樣剖開后的剖面分別見圖1(b),(c)，漏點試樣剖面發現管束與管板焊接處均存在裂紋(將圖1(b)中的裂紋命名為裂紋1和裂紋2)。由此可見管板和管束的焊接處存在未焊透的缺陷。未焊透對焊接結構的危害是會減少承載面積，降低焊接接頭的力學性能。未焊透引起的應力集中遠比強度降低的危害性大，若承受交變載荷、沖擊載荷、應力腐蝕，常由未焊透導致脆性斷裂[17]。

漏點試樣的放大圖見圖1(d),(e)，可以很明顯地看出裂紋1與裂紋2開裂的位置，起裂于管板與換熱管未焊透處并由焊縫殼程側向管程側延伸；同時可以看到管板與換熱管間存在間隙，可見貼脹得不夠緊密。而貼脹不夠緊密，會導致換熱介質進入管板與換熱管之間的間隙，換熱環境惡劣，管板和管子金屬材料的組織結構發生變化，使金屬的力學性能下降，引起失效[18]。……