废热锅炉U型换热管泄漏分析及预防措施

林雪松，陈本荣，樊雪峰，蔡志强

（四川省电力工业调整试验所，成都 610072）

0 前言

某煤化厂3台废热锅炉在运行期间，蒸汽品质监测发现蒸汽中含有硫化氢、一氧化碳、二氧化碳等成份，判断设备可能存在泄漏，为保证蒸汽品质，请设备生产厂家对锅炉进行了维修。维修期间，水压试验证实废热锅炉U型换热管确实发生了泄漏，因不便于更换，故只能对泄漏管段进行封堵。需弄清泄漏的真正原因，从而彻底解决泄漏问题[1-5]。

该厂废热锅炉结构如图1所示，筒体材质为Q345R+0Cr18Ni10Ti，换热管材质为0Cr18Ni10Ti，规格为φ19×2，换热管与管板的连接采用强度焊+贴胀的形式。壳程介质为锅炉给水和水蒸气，管程介质为变换气。

图1 废热锅炉结构

1 爆口分析

1.1 宏观检查

现场观察发现3根U型换热管管子泄漏，位于锅炉入口高温段管板位置。管子无明显变形、磨损、和机械损伤。其中1根管子漏点有明显裂纹，其余2根泄漏管子漏点不明显。

1.2 表面渗透检测

对漏点不明显的管子内外表面进行渗透检测，发现管子与管板焊接端存在多条裂纹，管子外表面裂纹数量多于外表面，个别裂纹为贯穿性裂纹，裂纹走向多为轴向开裂。

1.3 材质分析

对3根泄露管取样进行力学、化学成分分析和金相检测，检测结果表明该U型管力学性能[6]满足标准要求。化学成分分析结果如表1所示。泄漏段各元素含量均满足GB13296-2013 0Cr18Ni10Ti的要求。金相检测表明微观组织为正常奥氏体，泄漏处裂纹为穿晶裂纹，极少部分沿晶。

1.4 裂纹形貌分析

通过扫描电镜分析，发现裂纹整体犹如树木根须状分布，从管子外部向内部发展；有一条主裂纹，“主裂纹扩展较快，其他分支裂纹扩展较慢，这是应力腐蚀断口的典型特征，根据这一特征可以将应力腐蚀与腐蚀疲劳、晶间腐蚀及其他形式的断裂形式区分开来[1]。”，从裂纹形貌看，此换热管产生裂纹的原因是应力腐蚀。图6为扫锚电镜检测结果，表明裂纹为穿晶裂纹，存在次生裂纹，整体呈河流花样。

1.5 能谱分析

对裂纹尖端附近管子内壁垢物进行能谱分析，主要成分为Fe、Cr、Ni、O，同时存在Cl、S、K、Ca和Na等成分，见图2。

图2 能谱分析结果

2 泄漏原因分析

1）U型换热管泄漏[7]部位位于水侧胀管起至强度焊位置是高应力区，有胀接应力、温差应力、焊接应力、工作应力等，具有应力腐蚀的应力条件。

2）由于换热管和管板的连结采用强度焊加贴胀，部分换热管和管板间存在缝隙，设备运行期间，水中Cl、S等腐蚀介质在缝隙中富集和浓缩，形成应力腐蚀的介质条件。

3）裂纹呈河流花样，有分叉现象，具有典型应力腐蚀开裂特征。

4）该煤化厂3台锅炉给水共用一套水处理设备，锅炉投运期间，U型换热管泄漏发生泄漏前，锅炉水处理设备曾在损坏维修期间处于停运状态。

综上所述该煤化厂废热锅炉U型换热管泄漏的原因是应力腐蚀开裂[8]。

3 结束语

1）加强锅炉给水水质监控，严格控制水中易引起应力腐蚀开裂的有害元素。

2）全面检查U型换热管胀焊部位外观质量，对存在缝隙、焊缝咬边等易于介质富集等制造缺陷及时进行处理。

3）为了提高锅炉给水水质处理系统的可靠性，保障锅炉的给水品质，按本文建议，该厂增加了一套水处理设备，保证锅炉投运期间，水处理设备始终处理投运状态，经改造后，锅炉U型换热管再未发生类似泄漏事故。