尾气回收废锅换热管束缺陷原因及对策

成洲 蔡萌(山东齐鲁石化机械制造有限公司，山东 淄博 255400)

0 引言

尾气回收废热锅炉(简称废锅)主要用于利用高温流体热源作为生产蒸汽，属于化工生产过程流体的热交换装置。某客户在硫回收装置技改过程中，委托我公司设计制造尾气回收废锅。我公司根据客户要求进行产品设计，客户使用产品一段时间后，发生硫化物结晶以及管束开焊泄漏问题。针对现场问题进行分析，我公司找出产生这些缺陷的原因并进行了改进，满足产品试验要求。

1 设备概况及现状

1.1 设备技术参数

设备的主要技术参数，见表1。

表1 设备的主要技术参数

1.2 现场设备现状

通过对设备进行现场拆检分析，发现存在以下问题，主要包括设备后部管头泄露严重，管板表面覆盖结晶物，且存在比较严重的腐蚀。经过PT 检测发现管头存在一定的裂纹。经过现场清理发现，后端管箱以及管板没有按照要求浇筑。现场拆检照片如下图所示：其中图1为硫化物结晶，图2为管板与换热管焊缝开焊。

图2 管板与换热管焊缝开焊

2 故障原因分析

2.1 结晶物沉淀问题

该废热锅炉属于硫回收系统技改设备，原设备换热面积103m2，根据用户单位工艺部门的要求，对硫回收装置废热锅炉进行改进，换热面积增加到168m2，换热管长度进行了加长处理，从而导致烟气在管程的行程增加，到达后部管箱时，温度降低，从而导致在后端管箱位置的硫化物结晶严重，在设备的表面附着了大量的硫化物。通过现场勘查发现，客户在安装过程中，没有按照我方设计在设备内部浇筑料，导致了管板焊缝与流体介质以及硫化物结晶直接接触，从而产生严重的表面腐蚀。

2.2 异种金属引起的焊缝开裂

针对换热管和管板之间焊缝开裂的问题进行复盘分析，发现换热管和管板采用了不同的金属材料。原来设备换热管材料为20#钢，管板为Q245R，管板和换热管材质基本一致，不存在异种金属焊接问题。在技改过程中，客户工艺部门提出采用换热管采用S32168取代20#钢，这样就使得换热管和管板之间的焊接为异种金属焊接。在250℃高温的工作环境下，S32168的膨胀系数与Q245R 的膨胀系数不同。在工作温度下造成应力集中，通过长时间的应力作用，造成管板与换热管之间焊缝撕裂，最终造成裂纹甚至是开焊。

2.3 硫化氢应力腐蚀开裂

该废气锅炉属于硫回收装置尾气废锅，管程介质为含硫烟气的混合物，主要包括硫化氢，二氧化硫已经水蒸气等。因此在这种环境下非常容易造成湿硫化氢应力腐蚀环境。在湿硫化氢环境下，设备的氢致开裂问题不可避免，这种由于氢致开裂引起的损伤一般称为氢损伤，氢致开裂与宏观缺陷存在相关性，材料的宏观变形是裂纹开裂的必要条件。由于宏观屈服的需要，这种情况一般发生在由于膨胀系数不同引起的应力集中从而导致在高应力的情况下产生。同时这种损伤也会引起材料的韧性下降。外部表现为硫化氢应力腐蚀开裂。

3 修复方案及应对策略

3.1 现场设备返修

针对现场出现的问题，首先对现场设备进行返修，保证生产顺利进行。对于存在缺陷的管头，首先要进行返修处理。采用碳弧气刨或角磨机将缺陷位置清除，清理完成后对清理的位置进行PT 检测，检测合格后，按照工艺评定进行补焊返修，如果探伤不合格，继续加深去除，然后再次进行PT 检测，直到符合要求后进行返修。按照焊接工艺评定进行补焊返修后，首先对焊缝外观进行检查，外观检查合格后进行PT 检测，检测要求100%检测，直到检测合格后进行静水压测试。在静水压测试之前，首先通过安装盲板和关闭阀门的方式将设备与生产系统彻底断开，在设备适当的测试法兰上安装压力表，用于监测测试压力的升降和测试过程的压降情况。封堵完成后，将设备连接试压泵，缓慢升压至工作压力并保压，保证无泄漏，然后升高到实验压力，并保压半小时以上，测试完成后检查所有焊缝和连接部位，保证测试过程无压降，无渗漏，无异响。测试合格后产品交付客户使用。

3.2 调整工艺参数

设备缺陷返修合格后，要求使用单位按照设计要求在后端管箱内壁安装浇注料。由于根据工艺部门要求增加了换热面积，导致管程距离增加，因此对于客户工艺提出优化意见。根据我方建议，客户的工艺部门通过工艺计算，降低了壳程冷却水的工作压力和流量，避免了由于设计改进引起的管程介质在末端管箱由于降温过快产生的硫化物结晶现象。工艺部门按照我方建议整改优化工艺只有，到目前为止，设备一直运转正常，换热管内的结晶问题基本解决。

4 结语

废气硫回收的整个工艺中，本次设计制造的尾气回收废锅长期处于高温工作环境，同时由于管程介质温度高，温差大，流体湿度大等问题，产生了硫化物结晶、焊缝腐蚀开裂等问题，因此在返修整改的基础上，必须做好设备的维护工作，对于现场问题，及时发现和解决，避免造成不必要的经济损失。在进行技改的过程中，工作为设计单位，对于客户的工艺部门提出的设计要求必须进行充分的考虑，对于工艺参数、介质等进行详细分析，对于客户提出的要求需要谨慎对待，对于可能产生的问题，要在充分沟通的基础上进行多方面考虑，从而尽最大努力避免在安装和使用过程中的不当操作造成不必要的损失。