浮頭式換熱器檢驗檢測及內(nèi)壁腐蝕原因分析

陳柏濤 上海鐵路局科研所

換熱器的主要用途是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體，故又稱熱交換器。其中浮頭式換熱器是最典型的管殼式換熱器，它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。

1 設(shè)備檢驗過程

1.1 設(shè)備使用情況

該換熱器用于大型客站供熱系統(tǒng)，設(shè)備投用日期為1994年10月至2009年11再次對該設(shè)備進(jìn)行全面檢驗。將設(shè)備拆開發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部腐蝕情況嚴(yán)重，腐蝕面積擴大，腐蝕深度加深，影響到設(shè)備的安全運行。

1.2 換熱器簡況

該浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要技術(shù)參數(shù)見表1。

圖1 浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)圖

表1 浮頭式換熱器主要參數(shù)表

1.3 檢驗檢測

2009年12月本所對該浮頭式換熱器進(jìn)行全面檢驗，容器拆開后發(fā)現(xiàn)筒體底部、封頭和法蘭密封面有多處應(yīng)力腐蝕（以下簡稱腐蝕），其中較嚴(yán)重部位有（如圖2）：

圖2 換熱器俯視簡圖

（1）筒體底部正對主蒸汽管的內(nèi)壁上有一幾何尺寸為長3 mm×寬4 mm×深2 mm的橢圓形腐蝕點，該腐蝕點周圍存在其余不同程度密集腐蝕點。

（2）筒體內(nèi)壁排污口處有一腐蝕區(qū)域一直延伸到筒體左側(cè)法蘭，腐蝕區(qū)域呈三角狀并且覆蓋法蘭與筒體的焊縫，用焊縫尺規(guī)測得腐蝕深度約為1 mm-1.5 mm，如圖3所示。

（3）換熱器浮頭蓋底部邊沿存在腐蝕，幾何尺寸為長80 mm×寬1 mm。

（4）容器右側(cè)封頭（浮頭蓋一側(cè)）底部有大面積腐蝕呈半圓形，多處焊縫被腐蝕，如圖4所示

圖3 筒體腐蝕情況圖

圖4 右側(cè)（浮頭蓋一側(cè)）封頭腐蝕情況

1.4 換熱器壁厚測量

使用T100型超波測厚儀對換熱器進(jìn)行測厚，測定數(shù)據(jù)見表2。

表2換熱器筒體、封頭壁厚測定數(shù)據(jù)

從表2來看換熱器筒體和封頭的底部腐蝕部位相對于其他部位要減薄1--1.5 mm。

2 腐蝕原因分析

（1）換熱器底部長期積水是造成換熱器底部大面積腐蝕的直接原因。

（2）在檢驗過程中發(fā)現(xiàn)筒體內(nèi)換熱器排污管要略微高出筒體7-8 mm，使得積水無法徹底排放(見圖5)。

圖5 排污管結(jié)構(gòu)圖

（3）浮頭蓋上的鉤圈未安裝緊固，導(dǎo)致浮頭蓋下部邊沿處不密封有滲水(見圖6)。

圖6 換熱器封頭、鉤圈結(jié)構(gòu)圖

（4）換熱器主蒸汽管下方雖有擋板，但擋板安裝的位置不能有效遮擋所有蒸汽，部分蒸汽直接沖刷筒壁，長期沖刷形成密集型點腐蝕。

3 處理方法

根據(jù)該換熱器存在缺陷和問題，提出以下處理方案：

（1）將排污管高出部分磨平。

（2）對筒體底部主蒸汽管道下方密集的腐蝕點區(qū)域進(jìn)行打磨，并進(jìn)行磁粉探傷確保無表面及近表面裂紋存在。

（3）對筒體與法蘭連接的焊縫處存在連續(xù)均勻腐蝕采取打磨并且補焊。

（4）右側(cè)（浮頭蓋一側(cè)）封頭底部大面積腐蝕屬于全面均勻腐蝕，因腐蝕深度交小且屬于大面積均勻腐蝕危險性較小，故只作防腐措施（刷防銹漆），不做其他處理。

4 強度校核

由于容器存在大面積腐蝕和局部深度腐蝕，所以對該換熱器進(jìn)行強度校核。

校核規(guī)范：GB150-98

校核壓力：Pc=0.6 MPa（取原設(shè)計壓力）

材料許用應(yīng)力：[σ]t=113 MPa（按照換熱器材料Q235A選取）

焊接接頭系數(shù)去：ψ=0.85

內(nèi)徑：D=400 mm

平均每年減薄量：（8 mm-7.5 mm）/15年=0.04 mm

下周期均勻腐蝕量：C=0.04 mm×3=0.12 mm(該設(shè)備安全等級為3級，每3年進(jìn)行一次全面檢驗)

強度校核公式：

δ校=δ+2C=[PcD/(2σtψ-Pc)]+2C

代入公式：

δ校=[0.6×400/(2×113×0.85-0.6)]+2×0.12=1.5mm

得出δ校=1.5mm＜δ測，筒體最小厚度滿足強度要求，所以該設(shè)備可繼續(xù)使用。

5 耐壓試驗

為保證該容器整體的密封性，須將拆散的換熱器重新安裝完畢后進(jìn)行耐壓試驗。試驗數(shù)據(jù)如下，見表3。

表3 耐壓試驗數(shù)據(jù)

6 結(jié)論和建議

6.1 結(jié)論

該設(shè)備因為設(shè)計上的缺陷，安裝上的疏忽以及設(shè)備管理人員、使用人員的懈怠形成大面積的腐蝕，現(xiàn)經(jīng)檢驗檢測并對缺陷進(jìn)行處理以及耐壓試驗后已能保證設(shè)備的安全運行。

6.2 建議

要保證特種設(shè)備能夠長效安全的運行，防止類似事件再次發(fā)生，應(yīng)注意以下幾點：

(1)使用單位應(yīng)在購置設(shè)備時就嚴(yán)格把關(guān)，指定相關(guān)部門負(fù)責(zé)或向?qū)I(yè)人士咨詢，防止那些設(shè)計、制造上存在問題的設(shè)備進(jìn)入單位，給日后的生產(chǎn)作業(yè)造成不便。

(2)設(shè)備管理部門要在設(shè)備維護(hù)（尤其是要拆裝的設(shè)備）的過程中嚴(yán)格管理、監(jiān)督，設(shè)備重組完后要進(jìn)行檢查、復(fù)查，杜絕因安裝人員疏忽而造成的安全隱患。

(3)積極配合檢驗檢測機構(gòu)做好每年的設(shè)備年檢工作能有效的減少經(jīng)濟損失，保證人生安全。