加熱器泄漏原因的分析

1、加熱器泄漏原因的分析 一段分解加熱器(以下簡稱一分加熱器)是尿素生產的關鍵設備。來自尿素合成塔的尿液混合物經預蒸餾塔進入一分加熱器，在蒸汽作用下，尿液混合物中的氨基甲酸銨(nh4coonh2)分解，經節(jié)流環(huán)后排出。某化工廠1臺一分加熱器投入運行1個月后，發(fā)現(xiàn)蒸汽側氨、氮含量較高，懷疑一分加熱器泄漏。本文對一分加熱器的泄漏原因進行分析。1 檢查方法一分加熱器換熱管與管板連接處結構見圖1。管板、換熱管、節(jié)流環(huán)的材質均為不銹鋼(00crl7m14mo2)。焊接工藝為氬弧焊，焊絲材質與管板相同。所有材料的化學成分均符合標準。外觀檢查氣液混合物側的管板、節(jié)流環(huán)表面已呈黑色，節(jié)流環(huán)端部已有許多點蝕坑。換熱

2、管與管板的焊縫出現(xiàn)腐蝕坑，有的已很深。圖1 一分加熱器換熱管與管板連接處結構取樣檢查由于蒸汽側氨、氮含量較高，因此懷疑氨基甲酸銨分解后的氣液混合物泄漏至蒸汽側，分析泄漏原因一是換熱管腐蝕穿透，二是換熱管與管板焊縫裂穿。因此，在檢查換熱管有無腐蝕穿透之后，我們采集10組換熱管與管板焊縫的試樣，進行金相分析、掃描電鏡分析。2 檢查結果檢查中未發(fā)現(xiàn)換熱管腐蝕穿透。金相檢查中發(fā)現(xiàn)換熱管與管板的焊縫內部存在裂紋(見圖2、3)。金相檢查還發(fā)現(xiàn)不少換熱管與管板的焊縫表面有裂口。有裂口的焊縫占被檢查焊縫的579%。此外，多道焊縫存在熔深小及坡口底部未熔透的現(xiàn)象。圖2 柱狀晶間的裂紋圖3 柱狀晶交匯處的裂紋3

3、結果分析一分加熱器的泄漏原因為換熱管與管板焊縫的裂穿。換熱管與管板焊縫的缺陷有2種形態(tài)：焊縫中的裂紋和焊縫表面的裂口。為確定焊縫的裂穿原因，我們對裂紋和裂口進行了掃描電鏡檢查，掃描電鏡圖見圖4、5。焊縫中的裂紋由圖2可知，有的裂紋隱藏在焊縫內部，沿著柱狀晶界擴展，具有晶間斷裂性質。由圖3可知，有的裂紋處于焊縫內部柱狀晶交匯處。由掃描電鏡圖，在結晶裂紋宏觀斷口可見到紅色的高溫氧化色彩，試樣斷面可見柱狀晶的痕跡。根據(jù)這些裂紋的形態(tài)和所處部位，我們可以判斷這些裂紋為結晶裂紋。造成結晶裂紋的原因為焊接熔池中的低熔點共晶在焊縫凝固過程中偏析于柱狀晶之間或柱狀晶對接的中部，導致不能承受焊接拉應力而開裂。

4、圖4 裂紋微觀形態(tài)圖5裂口微觀形態(tài)焊縫表面的裂口焊縫表面的裂口形態(tài)與結晶裂紋有明顯差別，裂口處在焊縫表面，外寬內尖，較為平直，而且大多為穿晶斷裂。由圖5可知，裂口微觀斷口形態(tài)為泥狀花樣，這是腐蝕產物的特征。焊縫表面的裂口的形態(tài)及特征與文獻1描述的應力腐蝕裂紋特征吻合，說明這些裂口為應力腐蝕裂紋。可以確定，焊縫存在2種類型的缺陷：一是焊接過程產生的結晶裂紋，二是一分加熱器工作過程中產生的應力腐蝕裂紋。4 泄漏原因的分析如果結晶裂紋一開始就是穿透的，那么一分加熱器剛使用時就會出現(xiàn)泄漏。實際上，一分加熱器正常工作了一段時間，已有的結晶裂紋并未引起泄漏，這說明焊縫中的結晶裂紋都是埋藏裂紋。由于一分加熱

5、器工作期間壓力相對比較平穩(wěn)，不是交變載荷，不存在疲勞斷裂的可能性，因此只能是由于應力腐蝕裂紋逐漸擴展后，直至焊縫裂穿，才導致一分加熱器泄漏。由于焊縫中的結晶裂紋都是埋藏裂紋，并不直接接觸腐蝕介質，而且有應力腐蝕裂紋的焊縫遠多于有結晶裂紋的焊縫，這也證明了結晶裂紋不是造成一分加熱器泄漏的直接原因。焊縫表面的腐蝕坑往往成為應力腐蝕裂紋的起源，大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，鉻鎳不銹鋼的應力腐蝕破裂事故占不銹鋼濕態(tài)腐蝕破壞的4060%1。結晶裂紋的存在相當于焊縫厚度的減薄，有可能加速一分加熱器的泄漏，其不利影響也應予以重視。此外，換熱管與管板焊縫熔深小及坡口底部未熔透，使焊縫減薄，也容易造成焊縫裂穿。5 結論應力