关于尾气回收废锅管束缺陷原因分析

李晓犇 秦丽芳 刘开分(兖矿集团济宁化工机械厂， 山东 济宁 272000)

关于尾气回收废锅管束缺陷原因分析

李晓犇 秦丽芳 刘开分(兖矿集团济宁化工机械厂， 山东 济宁 272000)

针对某化工厂硫回收装置中尾气回收废锅管束发生泄漏，从设计，介质和操作情况等方面对泄露原因进行了综合分析，为避免和解决废热锅炉管束泄露问题，完善设备运行管理提供了一些成功的经验。

废锅；换热器；泄露；介质

某化工厂在硫回收装置技改中，委托我单位设计并加工制作了一台尾气回收废锅设备，该设备在安装运行半年左右，管束后端出现多处换热管与管板管头泄露的现象，且后端管板腐蚀严重。

1 设备概况及现状

(1)设备的主要技术参数：

设备名称 尾气回收废锅 容器类别 Ⅰ设计压力/MPa 壳程：0.7 工作压力/MPa 壳程：0.5管程：0.017 管程：0.015设计温度/℃ 壳程：170 工作温度/℃ 壳程：158管程：268 管程：250介质 壳程：水，饱和蒸汽管程：烟气 换热面积 165m2管板材料 Q245R 换热管材料 S32168/ Φ51×4

(2)设备现状 该设备在使用过程中，发现管程出口处掺杂大量水，打开后端管箱后，发现换热管与管板管头发生泄露，致使壳程大量冷却水进入管程。将该设备与系统切断后，对壳程进行水压试验，发现有17根管头发生泄漏，对发生泄露的部位进行渗透检测，发现管板与换热管管头之间的角焊缝存在多处裂纹。且在该管板表面，发现了大量绿色结晶物，该结晶物将管板覆盖，除去该结晶物，管板表面出现大量腐蚀坑，管板腐蚀非常严重。按照图样要求，后端管箱内壁及管板表面须安装浇注料，设备现场未发现浇注料。

2 原因分析

(1)硫化物结晶 该设备为硫回收装置技改替换设备，原设备换热面积为108m2，使用单位工艺部门提出要求将换热面积变大为164m2，换热管长度加长，烟道气在管程行程变长，在到达后端管箱处烟道气温度过低，易造成后端管箱处硫化物结晶，大量结晶的硫化物附着在设备内表面，造成管头焊缝和管板表面腐蚀严重。在设备现场未见图样要求的设备内壁浇注料，管板与焊缝表面直接与介质和结晶物接触，加剧了管板和焊缝表面腐蚀严重。

(2)异种膨胀系数不同 管板Q245R同属同类别同组别材料，两者膨胀系数相同。使用单位工艺部门提出用S32168取代20钢管，且使用单位为节省开支，要求管板仍使用跟原来设备同样的Q245R材料，致使该设备换热管与管板焊缝接头变为异种钢接头，在250℃的工作温度下，S32168的膨胀系数为17.42×10-6mm/mm·℃，Q245R的膨胀系数为12.56×10-6mm/ mm·℃，由于S32168与Q245R的膨胀系数不同，在250℃工作温度下的膨胀的程度不同，造成热应力集中，热应力集中到一定程度，造成焊缝撕裂，表现为裂纹。

(3)硫化氢应力腐蚀 该设备管程的介质为烟气，该介质为混合物，含有H2S和水蒸气，形成湿硫化氢应力腐蚀环境。在湿硫化氢应力腐蚀环境下，由氢导致的设备应力腐蚀开裂一般都称为氢损伤，能够表现为应变相关式，即裂纹的出现需要材料在宏观上的塑性变形。这种形式因为需要宏观上的屈服，所以一般发生在较高的应力情况下(即膨胀系数不同造成的应力集中)，同时会导致材料韧性的下降。失效形式为硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)。

3 修复方案及改进措施

(1)焊缝返修 对有缺陷的管头采用砂轮机拆除套管，清理焊缝表面及周边的结晶物。对有缺陷的焊缝及其熔合线部位采用角磨机清除缺陷，打磨至无可见缺陷为止。对清理部位采用100%渗透检测，符合NB/T47013.5-2015Ⅰ级为合格时，按焊接工艺对缺陷焊缝和腐蚀的管板进行补焊；若还有缺陷，则继续打磨3mm左右深，再进行100%渗透检测，直至符合NB/ T47013.5-2015Ⅰ级合格后，按焊接工艺对缺陷焊缝和腐蚀的管板进行补焊。焊缝补焊结束后，观察外观无缺陷后，对焊缝进行100%渗透检测，符合NB/T47013.5-2015Ⅰ级合格。无损检测合格后，对该设备壳程进行水压试验。对各管口加装盲板，或切断阀门，使设备与系统断开。在焊接有压力表座的盲板上按装压力表，安装连接打压泵，缓慢升至设计压力检验确认无泄漏后，升压至试验压力，保压时间不得低于30分钟，对所有焊缝和连接部位进行检查。试压过程中无渗漏、无可见的异常变形及无异常的响声为合格。水压试验合格后，重新固定拆除的套管，点固时须避开焊接焊缝。

(2)调整工艺参数，减少结晶现象 对设备缺陷进行修复完毕后，使用单位按图样要求在后端管箱内壁安装浇注料。因该设备比原设备换热面积大，工艺部门应适当降低壳程冷却水的工作压力，以降低冷却水的流通量，避免管程介质到达后端管箱时的温度过低，减少管程介质在后端管箱的结晶现象。

4 结语

在硫回收装置中，尾气回收废锅长期处于高温条件下，且工作介质温度高，危害大。在进行技改时，工艺部门应进行工艺计算，优化参数，在更改设计选材时，应与设计单位进行充分沟通，多方面考虑，避免因工艺参数和选材不当造成的损失；在安装使用过程中，应严格安照图样要求和相关的标准规定，避免因技改替换设备而造成不必要的损失；应用部门应随时注意和管理设备运行状况，作出有针对性的工艺调整，减缓设备因不当运行造成的损害。

[1]TSG 21-2016.固定式压力容器安全技术监察规程[S].

[2]GB150.1～150.4-2011.压力容器[S].

[3]GB/T151-2014.热交换器[S].

[4]NB/T47015-2011.压力容器焊接规程[S].