轉(zhuǎn)化氣鍋爐給水預(yù)熱器裂紋原因分析

轉(zhuǎn)化氣鍋爐給水預(yù)熱器管板焊縫裂紋

形成機(jī)理及處理措施探討Discussaboutthetubeplateofpreheaterweldcrackingformationmechanismandtreatmentmeasureswhichinthepreheatertheboilerwaterisheatedbythereforminggas.四川美豐化工股份有限公司張明星羅雪峰618000SichuanMeifengChemicalCo.Ltd,DeyangChina618000關(guān)鍵詞：鍋爐給水預(yù)熱器管板焊縫裂紋形成機(jī)理及處理摘要：合成氨裝置的轉(zhuǎn)化氣鍋爐給水預(yù)熱器，因設(shè)備固有結(jié)構(gòu)、材質(zhì)以及生產(chǎn)負(fù)荷變化等原因，使其管板與換熱管的焊縫因腐蝕裂紋而泄漏；通過改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)和材質(zhì)以及操作運(yùn)行上避免大幅度偏離設(shè)計(jì)參數(shù)等處理措施，避免因露點(diǎn)腐蝕、間隙腐蝕等引起的裂紋，保證設(shè)備長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。Brief:Thetransformationoftheammoniaplantofgasboilerwatersupplypreheater,becauseoftheinherentstructure,materialandequipmentproductionloadchangeandotherreasons,makingtheweldingoftheheatexchangetubeandtubeplatecrackandleakduetocorrosion.Throughtheimprovementequipmentstructureandmaterialandinoperationavoidadeviationfromthedesignparameters.Toavoidthecorrosioncracksbydewpointcorrosionandcrevicecorrosionetc..Assuringtheequipmentrunningatthestateoflongperiodandsafetyandstabilization.作者簡(jiǎn)介：羅雪峰（1972-），男，漢族，高級(jí)工程師；四川美豐化工股份有限公司化肥分公司副總工程師。張明星（1969-），男，漢族，高級(jí)工程師，四川大學(xué)在讀工程碩士；現(xiàn)任四川美豐化工股份有限公司化肥分公司技術(shù)辦主任。一、概述在合成氨裝置轉(zhuǎn)化工段，經(jīng)常會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化氣鍋爐給水預(yù)熱器等設(shè)備因泄漏而減負(fù)荷生產(chǎn)甚至停車檢修的故障。我公司20萬噸和15萬噸合成氨裝置的轉(zhuǎn)化氣鍋爐給水預(yù)熱器都先后發(fā)生過泄漏故障。其中后者在2011年3月2日發(fā)現(xiàn)管程泄漏，拆檢發(fā)現(xiàn)換熱管與管板焊縫處的換熱管管壁有8處穿透性裂紋，其中3根管壁已裂成大的孔洞，且管板下半圓部分該位置還有很多淺表性裂紋；當(dāng)時(shí)對(duì)透性裂成大孔洞的采取堵管，其余裂紋打磨干凈后進(jìn)行補(bǔ)焊處理。補(bǔ)焊時(shí)又發(fā)現(xiàn)問題，最初按規(guī)范使用不銹鋼與碳鋼焊接的異種鋼焊接的焊條如A302,焊接過程中邊焊邊裂，無法成型達(dá)要求，最后使用該設(shè)備廠家推薦的異種鋼焊絲（ERNiCr-3）焊第1頁共4頁接，才合格；而在年底大修時(shí)發(fā)現(xiàn)又有很多和上次一樣的裂紋且已開始泄漏。原設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)如下表。項(xiàng)目設(shè)計(jì)壓力(MPa)操作壓力(MPa)設(shè)計(jì)溫度(C)操作溫度(C)介質(zhì)管板材質(zhì)0Cr18Ni9III換熱管數(shù)量454備注殼程3.863.3550480/360二段轉(zhuǎn)化氣換熱管材質(zhì)15CrMo管間距32管程5.124.65264159/236鍋爐給水換熱管規(guī)格里25X2.5換熱面積71.7m2換熱管為U型管，直管段長(zhǎng)2200mm，換熱管與管板的連接方式為強(qiáng)度焊加貼漲，換熱管的排列方式為止方形排列，換熱管伸出管板端面長(zhǎng)度為1.5mm，管板厚度188mm，管板上換熱管孔尺寸為？25.25+0.15。殼程實(shí)際操作溫度為315?330°C。改造前換熱管與管板的連接詳圖如下改造前換熱管與管板的連接詳圖如下?lián)Q熱管在管板連接處的裂紋詳圖二、原因分析裂紋產(chǎn)生為露點(diǎn)腐蝕+間隙腐蝕+應(yīng)力腐蝕+材質(zhì)不穩(wěn)定等造成。1、露點(diǎn)腐蝕。⑴、該換熱器為140r左右的鍋爐給水走管程，含9.5%左右的CO2、壓力為3.0MPa左右的轉(zhuǎn)化氣走殼程。設(shè)計(jì)時(shí)，換熱面積偏大，加上實(shí)際運(yùn)行的負(fù)荷低、負(fù)荷變化大，此時(shí)殼程介質(zhì)一轉(zhuǎn)化氣溫度在出口端會(huì)降至露點(diǎn)（設(shè)計(jì)露點(diǎn)溫度為185?！悖┮韵拢D(zhuǎn)化氣中的CO2在潮濕的環(huán)境易形成CO3-2離子（CO2分壓約0.1MPa時(shí)），形成露點(diǎn)腐蝕。⑵、實(shí)際操作的水碳比較理論高，理論上為3.2左右，實(shí)際控制在3.6?3.8，加上空氣盤管所需約2噸的保護(hù)蒸汽，使進(jìn)鍋爐給水預(yù)熱器的水蒸汽分壓更高，工藝介質(zhì)溫度易降至露點(diǎn)溫度以下，形成露點(diǎn)腐蝕。2、間隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕。該設(shè)備為臥式安裝，換熱管與管板的連接為強(qiáng)度焊+帖脹，則換熱管與管板之間的存在間隙，而在露點(diǎn)下形成的CO3-2離子易在該縫隙區(qū)域聚集且不易流動(dòng)，從而形成間隙腐蝕；另該區(qū)域的管道因脹接和強(qiáng)度焊接而產(chǎn)生的焊接應(yīng)力又無法消除，因此又形成應(yīng)力腐蝕。3、對(duì)于用異種鋼焊接的焊條如A302補(bǔ)焊時(shí)出現(xiàn)的邊焊邊裂問題，應(yīng)該是該換熱管材質(zhì)不穩(wěn)定引起。因設(shè)計(jì)的換熱管材質(zhì)為15CrMo,為常用普通材料，其焊接性能良好，不應(yīng)發(fā)生該現(xiàn)象，只可能是該材料成分偏析和組織的不均勻引起。三、處理措施1、改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)和材質(zhì)。結(jié)合以上原因分析，在確保設(shè)備材質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求外，最好的解決途徑就是避免露點(diǎn)腐蝕，在避免露點(diǎn)腐蝕的同時(shí)，因無液滴的形成也間接避免了間隙腐蝕。而形成露點(diǎn)腐蝕原因中的負(fù)荷低、水碳比高都無法克服，而唯一可解決的就是提高殼程介質(zhì)溫度。為此，采取減小換熱面積，使殼程介質(zhì)經(jīng)該設(shè)備冷卻后的溫度位于露點(diǎn)溫度之上。具體措施為：保留設(shè)備殼程筒體、管箱和整個(gè)設(shè)備的外形尺寸不變的前提下，重新設(shè)計(jì)管板，減小換熱管直徑、減少第3頁共4頁換熱管數(shù)量、增大管間距，將換熱管材質(zhì)由15CrMo改為不銹鋼0Cr18Ni9。改造后設(shè)計(jì)工藝參數(shù)如下表。項(xiàng)目設(shè)計(jì)壓力(MPa)操作壓力(MPa)設(shè)計(jì)溫度?操作溫度(°C)介質(zhì)管板材質(zhì)0Cr18Ni9III換熱管數(shù)量284備注殼程3.863.23550450/360二段轉(zhuǎn)化氣換熱管材質(zhì)0Cr18Ni9管間距40管程5.124.56264150/200鍋爐給水換熱管規(guī)格919X2換熱面積35.3m2換熱管為U型管，直管段長(zhǎng)度為2200mm，換熱管與管板的連接方式為強(qiáng)度焊加貼漲，換熱管的排列方式為止方形排列，換熱管伸出管板端面長(zhǎng)度為1.5mm，管板厚度188mm，管板上換熱管孔尺寸為？19.25+0.15。改造后換熱管與管板的連接詳圖如下2、操作運(yùn)行調(diào)節(jié)上，避免大幅度偏離設(shè)計(jì)參數(shù)。盡量避免低負(fù)荷運(yùn)行，盡量將水碳比調(diào)節(jié)至與理論值不太大；控制管程介質(zhì)一鍋爐給水的水質(zhì)，確保其Cl-含量低于100m