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1、塔底柴油蒸汽发生器管束裂纹分析及防范措施1.1.E-204简介E-204是柴油加氢装置塔底柴油蒸汽发生器,属于U形管式换热器。壳程串联蒸汽发汽包(D-501),介质为除氧水与蒸汽;管程介质为240左右精制柴油。1.2.损坏经过E-204于2011年11月投用,2012年6月发生内漏。更换新管束运行至2013年1月17日,再次泄漏。2.检修情况2.1.检修概述2012年检修,打开后在二、三、四管程的管板孔桥、管板与换热管焊肉、胀接处均发现肉眼可见的裂纹,对管板进行了着色渗透探伤,在一管程发现大量细微裂纹,达到报废标准,于是更换新管束运行。运行至2013年1月17日再次泄漏,打开后情况与2012年
2、情况相似。四管程有一处较大的砂眼。2.2.宏观检验E-204管板表面和管子内部无明显腐蚀减薄痕迹,管板与管子的焊缝处既有径向裂纹,又有周向裂纹,将管子刨开检查,未见胀接痕迹。从宏观检验可以看出,径向裂纹是热疲劳形成的,周向裂纹是焊接和应力共同作用的结果。2.3.金相检验从已报废管板上取样,经打磨、抛光及浸蚀后进行金相检验,其中管板上选取点1处的金相组织为:铁素体+珠光体,有严重偏析现象,管子上选取点2处的金相组织为:铁素体+珠光体,焊缝上选取3处的金相组织为:先共析铁素体+珠光体+针状铁素体,是应力过大产生裂纹的原因。从检验可以看出管板金相组织不正常,有严重的偏析现象,周向裂纹是沿晶热裂纹,是
3、由于焊接金属产生偏析和残余应力作用形成的;径向裂纹是穿晶裂纹,是应力过大和热疲劳共同作用形成的。2.4.硬度检验E-204管板的硬度值为127-139BHLD,管子的硬度为:103-139HBLD,经检测管板与管子的硬度值均正常。2.5.化学分析E-204的管子材质是10;管板材质为:16MnR。经光谱分析,所测元素化学成分符合相关要求,管板材质是合格的。3.原因分析:3.1.温差应力E-204的壳程入温度为80-100,设计温度为158,两个温度最大相差了78,管程入口温度为230-235,介质温差较大,造成管板、换热管各部分热变形不一致,产生较高的温差载荷。3.2.制造原因换热管与管板胀焊
4、时,处于水平放置位置,无法保证换热管与管板间隙均匀,换热管与管板胀焊完成后,会造成局部过度变形,产生冷加工硬化;加之过胀,造成胀接处存在较高残余应力。加之换热器工作时的拉伸应力,为换热管的应力腐蚀创造了必要条件。3.3.管束振动壳程介质属汽液混相,两相流体横向流过管束,相变会激起管束振动,管束的剧烈振动诱使力学性能较差的缺陷处发生疲劳失效。3.4.结论管束泄露的主要原因3.4.1.在管板和管子制作过程中未进行胀接或者胀接不到位。3.4.2.焊接不均匀,焊缝发生了成分偏析。3.4.3.工艺操作参数波动,引起热疲劳。4.防范措施:4.1.运行工况调整4.1.1.从工艺操作保持平稳运行,避免管束急冷
5、急热,造成管束出现较大的温差应力。4.2.改进加工工艺4.2.1.焊接要求4.2.1.1.换热器的焊接严格遵守焊接工艺及焊后热处理。4.2.1.2.所有焊接接头外观检查合格。4.2.2.胀接要求胀贴完毕后,对于胀度不足者,应进行补胀;对于胀度超过规定范围者;应更换换热管后重新进行焊接和贴胀。近年来国内新建炼厂的工艺包也大都采用国外的先进设计理念,但对于蒸汽发生器并不仅是靠提高材质等级避免泄漏,优化操作参数、严格控制换热器的制造质量和采用合理的制造工艺也尤为重要。目前我车间正在积极准备改造工艺流程,确保运行参数在设计范围内,同时对新管束的制作工艺也进行了进一步的优化,加强了制造过程的严格监督检验,这些都将为蒸汽发生器的长周期运行奠定坚实的基础。