浮頭式換熱器檢驗檢測及內壁腐蝕原因分析

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，它在工業上的應用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據主導地位。

1 設備檢驗過程

1.1 設備使用情況

該換熱器用于大型客站供熱系統，設備投用日期為1994年10月至2009年11再次對該設備進行全面檢驗。將設備拆開發現設備內部腐蝕情況嚴重，腐蝕面積擴大，腐蝕深度加深，影響到設備的安全運行。

1.2 換熱器簡況

該浮頭式換熱器結構如圖1所示，主要技術參數見表1。

圖1 浮頭式換熱器結構圖

表1 浮頭式換熱器主要參數表

1.3 檢驗檢測

2009年12月本所對該浮頭式換熱器進行全面檢驗，容器拆開后發現筒體底部、封頭和法蘭密封面有多處應力腐蝕（以下簡稱腐蝕），其中較嚴重部位有（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）筒體內壁排污口處有一腐蝕區域一直延伸到筒體左側法蘭，腐蝕區域呈三角狀并且覆蓋法蘭與筒體的焊縫，用焊縫尺規測得腐蝕深度約為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）容器右側封頭（浮頭蓋一側）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（浮頭蓋一側）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行測厚，測定數據見表2。

表2換熱器筒體、封頭壁厚測定數據

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）在檢驗過程中發現筒體內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 排污管結構圖

（3）浮頭蓋上的鉤圈未安裝緊固，導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、鉤圈結構圖

（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域進行打磨，并進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均勻腐蝕采取打磨并且補焊。

（4）右側（浮頭蓋一側）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，所以對該換熱器進行強度校核。

校核規范：GB150-98

校核壓力：Pc=0.6 MPa（取原設計壓力）

材料許用應力：[σ]t=113 MPa（按照換熱器材料Q235A選取）

焊接接頭系數去：ψ=0.85

內徑：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(該設備安全等級為3級，每3年進行一次全面檢驗)

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，所以該設備可繼續使用。

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行耐壓試驗。試驗數據如下，見表3。

表3 耐壓試驗數據

6 結論和建議

6.1 結論

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

6.2 建議

要保證特種設備能夠長效安全的運行，防止類似事件再次發生，應注意以下幾點：

(1)使用單位應在購置設備時就嚴格把關，指定相關部門負責或向專業人士咨詢，防止那些設計、制造上存在問題的設備進入單位，給日后的生產作業造成不便。

(2)設備管理部門要在設備維護（尤其是要拆裝的設備）的過程中嚴格管理、監督，設備重組完后要進行檢查、復查，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做好每年的設備年檢工作能有效的減少經濟損失，保證人生安全。