廢熱鍋爐U型換熱管泄漏分析及預(yù)防措施

林雪松，陳本榮，樊雪峰，蔡志強(qiáng)

（四川省電力工業(yè)調(diào)整試驗(yàn)所，成都 610072）

0 前言

某煤化廠3臺廢熱鍋爐在運(yùn)行期間，蒸汽品質(zhì)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)蒸汽中含有硫化氫、一氧化碳、二氧化碳等成份，判斷設(shè)備可能存在泄漏，為保證蒸汽品質(zhì)，請?jiān)O(shè)備生產(chǎn)廠家對鍋爐進(jìn)行了維修。維修期間，水壓試驗(yàn)證實(shí)廢熱鍋爐U型換熱管確實(shí)發(fā)生了泄漏，因不便于更換，故只能對泄漏管段進(jìn)行封堵。需弄清泄漏的真正原因，從而徹底解決泄漏問題[1-5]。

該廠廢熱鍋爐結(jié)構(gòu)如圖1所示，筒體材質(zhì)為Q345R+0Cr18Ni10Ti，換熱管材質(zhì)為0Cr18Ni10Ti，規(guī)格為φ19×2，換熱管與管板的連接采用強(qiáng)度焊+貼脹的形式。殼程介質(zhì)為鍋爐給水和水蒸氣，管程介質(zhì)為變換氣。

圖1 廢熱鍋爐結(jié)構(gòu)

1 爆口分析

1.1 宏觀檢查

現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)3根U型換熱管管子泄漏，位于鍋爐入口高溫段管板位置。管子無明顯變形、磨損、和機(jī)械損傷。其中1根管子漏點(diǎn)有明顯裂紋，其余2根泄漏管子漏點(diǎn)不明顯。

1.2 表面滲透檢測

對漏點(diǎn)不明顯的管子內(nèi)外表面進(jìn)行滲透檢測，發(fā)現(xiàn)管子與管板焊接端存在多條裂紋，管子外表面裂紋數(shù)量多于外表面，個別裂紋為貫穿性裂紋，裂紋走向多為軸向開裂。

1.3 材質(zhì)分析

對3根泄露管取樣進(jìn)行力學(xué)、化學(xué)成分分析和金相檢測，檢測結(jié)果表明該U型管力學(xué)性能[6]滿足標(biāo)準(zhǔn)要求?；瘜W(xué)成分分析結(jié)果如表1所示。泄漏段各元素含量均滿足GB13296-2013 0Cr18Ni10Ti的要求。金相檢測表明微觀組織為正常奧氏體，泄漏處裂紋為穿晶裂紋，極少部分沿晶。

1.4 裂紋形貌分析

通過掃描電鏡分析，發(fā)現(xiàn)裂紋整體猶如樹木根須狀分布，從管子外部向內(nèi)部發(fā)展；有一條主裂紋，“主裂紋擴(kuò)展較快，其他分支裂紋擴(kuò)展較慢，這是應(yīng)力腐蝕斷口的典型特征，根據(jù)這一特征可以將應(yīng)力腐蝕與腐蝕疲勞、晶間腐蝕及其他形式的斷裂形式區(qū)分開來[1]?！?，從裂紋形貌看，此換熱管產(chǎn)生裂紋的原因是應(yīng)力腐蝕。圖6為掃錨電鏡檢測結(jié)果，表明裂紋為穿晶裂紋，存在次生裂紋，整體呈河流花樣。

1.5 能譜分析

對裂紋尖端附近管子內(nèi)壁垢物進(jìn)行能譜分析，主要成分為Fe、Cr、Ni、O，同時存在Cl、S、K、Ca和Na等成分，見圖2。

圖2 能譜分析結(jié)果

2 泄漏原因分析

1）U型換熱管泄漏[7]部位位于水側(cè)脹管起至強(qiáng)度焊位置是高應(yīng)力區(qū)，有脹接應(yīng)力、溫差應(yīng)力、焊接應(yīng)力、工作應(yīng)力等，具有應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力條件。

2）由于換熱管和管板的連結(jié)采用強(qiáng)度焊加貼脹，部分換熱管和管板間存在縫隙，設(shè)備運(yùn)行期間，水中Cl、S等腐蝕介質(zhì)在縫隙中富集和濃縮，形成應(yīng)力腐蝕的介質(zhì)條件。

3）裂紋呈河流花樣，有分叉現(xiàn)象，具有典型應(yīng)力腐蝕開裂特征。

4）該煤化廠3臺鍋爐給水共用一套水處理設(shè)備，鍋爐投運(yùn)期間，U型換熱管泄漏發(fā)生泄漏前，鍋爐水處理設(shè)備曾在損壞維修期間處于停運(yùn)狀態(tài)。

綜上所述該煤化廠廢熱鍋爐U型換熱管泄漏的原因是應(yīng)力腐蝕開裂[8]。

3 結(jié)束語

1）加強(qiáng)鍋爐給水水質(zhì)監(jiān)控，嚴(yán)格控制水中易引起應(yīng)力腐蝕開裂的有害元素。

2）全面檢查U型換熱管脹焊部位外觀質(zhì)量，對存在縫隙、焊縫咬邊等易于介質(zhì)富集等制造缺陷及時進(jìn)行處理。

3）為了提高鍋爐給水水質(zhì)處理系統(tǒng)的可靠性，保障鍋爐的給水品質(zhì)，按本文建議，該廠增加了一套水處理設(shè)備，保證鍋爐投運(yùn)期間，水處理設(shè)備始終處理投運(yùn)狀態(tài)，經(jīng)改造后，鍋爐U型換熱管再未發(fā)生類似泄漏事故。