蒸汽發生器管束管口裂紋缺陷分析

鐘正波

（盛虹煉化（連云港）有限公司芳烴部，江蘇連云港 222047）

0 引言

0211-E-411 為低溫熱利用和蒸汽系統優化項目中的設備，該設備與2019 年5 月底投用并運行至今。

1 設備故障過程

該蒸汽發生器材料為碳鋼，筒體采用Q345R，換熱管為20#鋼，管板采用16MnⅢ，公稱直徑1600 mm，管程設計壓力為0.85 MPa，殼程設計壓力為0.55 MPa，公稱換熱面積598 m2，采用高級冷拔換熱管，換熱管外徑32 mm、管長7 m，2 管程單殼程的U 形管式換熱器，標記為：BIU1500-0.45/0.75-595-7/32-2I。換熱器技術參數見表1。

表1 換熱器技術參數

2019 年11 月17 日，發現與E-411 蒸汽發生器關聯系統C404 壓力和回流罐D404 壓力異常上漲，回流罐頂至低壓火炬的分程控制閥開度很大，在70%以上。經運行部排查，分析判斷為0211-E-411 蒸汽發生器內漏。為避免影響OX（鄰二甲苯，分子式C8H10）產品，將汽包切除停工（圖1）。為確保C404 低溫熱利用項目平穩運行，決定對蒸汽發生器進行檢修處理。

圖1 鄰二甲苯塔汽包系統

經開蓋打壓試漏發現漏點，為0211-E-411A/B 管口與管板焊縫處泄漏，打開E-411A/B 管箱檢查發現換熱器管板、管口處并無明顯腐蝕減薄等現象。經換熱器殼程打壓試漏情況看，所有漏點均發生在換熱管與管板焊縫部位（圖2）。由于泄漏部位較多，且水壓試漏管板較濕，較難明確漏點數量。最終采用氣壓試漏確定A漏點24 處，B 漏點260 處。

2 原因分析

經檢查，部分管口伸出長度遠不足3 mm，甚至部分管口與管板平齊，由于管口伸出長度不足，導致焊材堆焊高度不夠，使得整個焊縫強度降低（圖3）。經現場打磨焊縫裂紋，并檢查換熱管與管孔間隙，使用塞尺測得最大的一處單邊間隙為0.7 mm，超出設計規定雙邊合計間隙量0.45 mm 的要求。0211-E-411A/B 蒸汽發生器管程介質為鄰二甲苯塔頂氣相，殼程介質為沸騰狀態除氧水，該蒸汽發生器產生0.55 MPa、162 ℃品質的低低壓蒸汽。在設備運行過程中，換熱器管束外表面介質存在劇烈的氣液相變化，管束存在高頻振動的現象。由于以上幾種制造缺陷的共同作用，導致管口焊縫疲勞應力開裂。裂紋的產生機理：換熱管高頻振動→換熱管與管板貼張不到位→管口焊縫強度差→管口焊縫裂紋產生并擴展。

圖2 漏點

圖3 焊縫堆焊不足

3 檢修措施

檢修過程：氣壓試漏→定位漏點→著色（確認裂紋形態）→修磨缺陷部位→氬弧焊補焊→氣密試漏→水壓試驗。

泄漏點經著色，焊縫裂紋缺陷均呈環狀，且出現在換熱管外壁處。為防止補焊后裂紋繼續擴展，修復前需將裂紋缺陷清除。在修復E-411B 過程中，補焊初始焊縫缺陷處后，其他焊縫由于強度不足并在焊接應力等因素作用下，原先不漏的焊縫開裂導致泄漏。為保證修復質量，及時修改修復方案，由局部修復改為全部管口進行堆焊，共計743 個管口。