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1、氨合成系统废热锅炉及给水预热器检修摘要：在氨合成装置中，锅炉给水预热器是工作条件苛刻、结构复杂的设备 其设计、选型、制造、操作直接影响着整个装置的安全平稳运行。根据生产规模 的不同，锅炉给水预热器的弹簧支座可选择单支座或双支座型式。介绍了合成氨 装置中锅炉给水预热器结构型式及材料选择、弹簧支座选型需注意事项。合拢缝 局部热处理后易出现焊缝硬度不合格的原因及解决方法，描述了为尽量降低操作 工况下直连管口处的附加力和附加弯矩等载荷的锅炉给水预热器合理安装步骤， 以及对查出缺陷的修复情况，以期为业内类似检修作业提供一些参考与借鉴。关键词：氨合成系统；废热锅炉；给水预热器；检修引言锅炉给水预热器合成气
2、进口与氨合成塔合成气出口采用法兰唇焊密封直接 相连的结构型式，合成气进入锅炉给水预热器后走壳程，锅炉给水走管程。在锅 炉给水预热器由安装、冷态（升压未升温）到热态（升压、升温至正常操作）的 过程中，锅炉给水预热器进口处会有因氨合成塔温度升高而引起的向下轴向位移 左、右弹簧支座在此过程中会产生不同的轴向位移，为保证正常运行时锅炉给水 预热器维持水平，尽量降低直连管口处的附加力附加弯矩等外载荷，在设备安 装阶段需预加载荷和或位移。1 设备概况1.1 合成废热锅炉合成废热锅炉（08E001）由德国BORSIG公司设计制造，属自然循环卧式火管 锅炉，主要由法兰封头大盖（材质为15NiCuMoNb5）、
3、进口管箱（材质为13CrMo4- 5）、U形管管束（材质为13CrMo4-5）、管板（材质为13CrMo4-5）及换热器壳体（材 质为15NiCuMoNb5）等组成，换热面积为461.5m2；08E001共有192根U形管，每 根U形管的进口端都有1根镍基合金INC0L0Y800H的火嘴套管，可避免U形管入 口通道及管板直接与热气流接触，从而可避免氢脆和氮效应。生产过程中，流量 33t/h的锅炉给水在08E001壳程经加热后变成322.5C、11.8MPa高压饱和蒸汽, 管程内合成气压力为10.52MPa，经换热后合成气温度由401C降至332C。1.2给水预热器给水预热器（08E002）也由
4、德国BORSIG公司设计制造，其型式为DFU，由人 孔盖（材质为15NiCuMoNb5）、进口管箱（材质为13CrMo4-5）、U形管管束（材质为 13CrMo4-5，共1760根）、管板（材质为13CrMo4-5）及换热器壳体（材质为 15NiCuMoNb5）等组成，换热面积2838.3m2;其结构特点为壳程内有一轴向水平隔 板隔开U形管上、下两部分，增大了壳程行程及壳程介质的流速，从而可提高其 换热效率。生产过程中，流量为141 t/h的锅炉给水在08E002壳程经加热后温度 由222C升至313C，管程内的合成气经换热后温度由332C降至230C。2 泄漏问题当换热管先于管箱开裂导致高压
5、锅炉水泄漏时，从换热管泄漏至管箱的高压 水接触到管箱内壁时，造成复板和基板之间瞬态温差，产生的热应力超过材料的 强度极限，导致萌生裂纹，有多条裂纹同时产生、扩展汇合，使管箱复板产生大 面积龟裂纹；在复板裂纹尖端局部应力集中处裂纹扩展至基板，致使基层材料也 出现裂纹。经观察，基板泄漏是从管箱的纵焊缝开始的，基板焊缝和热影响区是 抗氢蚀的薄弱部位，焊缝对氢蚀的敏感均比母材高，氢分子尤其是氢原子有很高 的扩散率，在300C时，铁晶格中扩散率近14-4cm2/s，在高温时由于氢分子的分 解，焊接质量不高的焊缝处的气孔、不连续处和夹杂物就成为氢和甲烷聚集的场 所，由于甲烷不能从钢中扩散出去，所以在内部形
6、成高压，在焊缝不够致密处造 成裂纹。由于换热管已经泄漏，因此管箱内的环境为湿的腐蚀性气体，氢气在此 环境中经过电化学反应生成氢原子，这些氢原子渗透到钢中之后，使钢材晶粒间 的原子结合力降低，即发生氢脆（一次脆化、可逆），破坏了钢的晶格。进而在 高氢分压的状态下，氢原子和氢分子通过晶格和晶间向内扩散，这些氢与钢中的 碳化物（渗碳体）发生化学反应生成甲烷（FeC + 2H-3Fe + CH ），造成钢内部324脱碳，甲烷气体不能从钢中扩散出去而聚集在晶间形成局部高压，造成应力集中 晶间变宽，致使产生微小裂纹(氢致裂纹)，即发生氢蚀(不可逆、材料脆化) 随着时间的延长，这些裂纹逐渐相连，使钢材的强度
7、和韧性下降而失去原有的塑 性而变脆。3 合成废热锅炉及给水预热器的检修3.1 合成废热锅炉内部检查:打开合成废热锅炉(08E001)封头大盖和隔膜板，发现壳体下部水 渍印明显，打开管箱后发现管板也同样残留有水迹，由上至下不规则地分布，进 一步检查发现08E001通向给水预热器(08E002)的垂直管道内也有水渍，这就验 证了 08E002 内漏、炉水从连接管道流下来的推断。检测:对08E001所有U形管进行涡流检测，未发现明显缺陷;对08E001的管 板、筒体及封头进行PT检测，未发现明显缺陷，表明08E001内件完好。3.2 给水预热器内部检查:打开给水预热器(08E002)人孔封头及隔膜板
8、，发现人孔入口处附 着一小片白色粉末，经分析为磷酸盐;拆开管箱盖板，发现上层出口管板残留较 多水渍，部分地方已结出灰黄色的垢，可能是出口温度相对低、长期水汽冷凝所 致。检测:对08E002所有U形管进行涡流检测，未发现明显缺陷，但是在下部进 口管内共发现19颗螺栓，全部取出后确认为08E002入口伸缩节的固定螺栓;PT 检测发现球形封头与筒体连接内侧焊缝整圈都存在浅表裂纹，打磨消除；RT/UT 检测发现球形封头与筒体连接焊缝存在多处内部隐藏缺陷，缺陷长522mm、埋 藏深度2832mm，该类缺陷无法修复。缺陷修复:对于给水预热器(08E002)查漏发现的5处漏点，2根漏管作堵管处 理，3处管板
9、与管子角焊缝砂眼清根后采用ERNiCr-3焊丝进行补焊，但修复难 度大，多次出现裂纹;对08E002入口伸缩节缺失的固定螺栓予以补齐;08E002球 形封头与筒体连接内侧焊缝浅表裂纹打磨消除。鉴于给水预热器(08E002)仍存在 不少难以修复的缺陷，危及设备的安全运行，计划下次大修中对 08E002 进行整 体更换;对于合成气换热器(08E003)内漏的推断，由于不具备查漏和检修条件， 也计划在下次大修中进行检查和确认。现阶段需注意的是，要加强对 08E002 的 监护，同时加强脱盐水水质管理，避免再次发生跑酸等类似事故。结束语此次氨合成系统废热锅炉(08E001)及给水预热器(08E002)
10、检修首次采用建立 水封的方式来保护氨合成催化剂以及08E001和08E002内作业人员的安全，经确 认，08E001内件完好，08E002存在的缺陷能修复的均予以修复处理，暂时不能 修复的缺陷也列出了检修计划，为下次氨合成催化剂更换及08E002整体更换积 累下了宝贵的经验。希望上述氨合成系统废热锅炉及给水预热器的检修经验，能 为业内类似检修作业提供一些参考与借鉴。参考文献1 李坤，王敏，高玉林，等合成氨厂膜分离氢回收装置运行问题及改 造 J 中氮肥，2010(4):26 27.2 万涛.合成塔废热锅炉封头法兰泄漏原因分析及处理J.石油化工 设备技术，2018，39(4):5155，7172.3 韦卉膜分离技术在合成氨尾气处理中的应用J 石化工技术与开 发，2008，37(10):5456.
