管殼式蒸汽發生器泄漏原因分析與質量控制

宋全祝（中國神華煤制油化工有限公司北京工程分公司， 北京 100011）

管殼式蒸汽發生器泄漏原因分析與質量控制

宋全祝（中國神華煤制油化工有限公司北京工程分公司， 北京 100011）

本文對五臺管殼式蒸汽發生器由于制造質量缺陷導致管束泄漏的原因進行了詳盡的分析，并采取了相應的整改和質量控制措施，對該項工作具有十分重要的借鑒意義。

蒸汽發生器；管束；隔板；泄漏；脹接

0　引言

神華某項目2009年7月進行停車檢修， 7月15日拆開兩臺中壓蒸汽發生器（E-204A/B）管箱，檢查發現E-204A管箱隔板周邊發現裂紋，E-204A/B兩臺蒸汽發生器管束存在多處漏點，并進行緊急處理。7月底設備制造廠技術人員來到現場，對設備進行檢查。經過分析，主要存在以下質量問題：

（1）E-204A管箱隔板存在貫穿性裂紋

管箱隔板發現多處貫穿性裂紋，裂紋主要分布在分程隔板與管箱焊接部位。在隔板中間部位也發現了貫穿性裂紋。

（2）E-204A/B換熱管與管板焊接接頭存在嚴重泄漏問題

檢修人員于2009年8月2日將E-204A/B管程工藝介質壓力升壓至2.0MPa，而殼程未升壓。此時對設備殼程再次檢測，發現有工藝氣體泄出，因此，判斷管束泄漏。8月3日檢修人員24小時連續作戰，拆開E-204A/B封頭，裝上試壓法蘭，采用氮氣進行殼程氣密試驗，管束檢測出多處漏點。8月4日檢修人員將兩臺設備卸壓，堵管32根。第二次采用0.8MPa氮氣氣密試驗時，又發現多處漏點，再次堵管17根。

為了進一步驗證泄漏情況，8月7日對殼程進行水壓試驗，經過檢查，發現泄漏點位于管孔深度80～120mm處（管板厚度200mm），多數位于管孔中間部位，并可觀察到明顯的滲水現象。外觀檢查發現換熱管和管板連接處存在明顯的裂紋，主要存在以下問題：

換熱管內壁有嚴重的局部凹坑，存在明顯的裂紋；

換熱管內壁有月牙形整圈金屬擠壓痕跡。

每次進行試驗時都會發現新的漏點。泄壓后，再進行堵管，直到2009年8月8日E-204A堵U形管共25根，E-204B堵U形管共24根。

（3）E-304和E-306A/B泄露情況

由于高壓蒸汽發生器（E-304）和低壓蒸汽發生器（E-306A/B）與E-204A/B操作工況相似，且為同一設備制造廠制造，因此在2010年3月檢修中對E-304和E-306A/B三臺換熱器進行逐臺檢查，同樣發現與E-204A/B管束類似的嚴重質量問題。

對E-304進行與E-204A/B相同的檢查時，發現17根換熱管泄漏，換熱管材料15CrMo。對E-306A/B管箱檢查時發現換熱管與管板焊縫共8處泄漏，換熱管材質為10號鋼。

1　管殼式蒸汽發生器設計參數

這五臺蒸汽發生器按照《鋼制壓力容器》（GB150-1998）、《管殼式換熱器》（GB151-1999）進行設計和制造，其設計參數如下：

（1）103-E-204A/B設計參數 殼程設計壓力為1.7MPa，設計溫度為250℃，設備直徑為1200mm，主體材質為16MnR，介質為水和蒸汽，殼程為1程；管程設計壓力為4.0MPa，設計溫度為482℃，設備直徑為1200mm，主體材質為16MnR，介質為工藝介質，管程為2程。換熱管材質為0Cr18Ni10Ti，其規格為Ф19X2X6000（直管長），管板材質為15CrMo+堆焊，管板厚度為200mm。管子和管板連接型式為強度焊+帖脹。換熱器型式為BIU，屬于二類壓力容器。

（2）103-E-304設計參數 殼程設計壓力為4.8MPa，設計溫度為280℃，設備直徑為600mm，主體材質為16MnR，介質為水和蒸汽，殼程為1程；管程設計壓力為3.7MPa，設計溫度為420℃，設備直徑為600mm，主體材質為15CrMoR，介質為工藝介質，管程為4程。換熱管材質為15CrMo，其規格為Ф19X2.5X6000（直管長），管板材質為15CrMo，管板厚度為110mm。管子和管板連接型式為強度焊+帖脹。換熱器型式為BIU，屬于二類壓力容器。

（3）103-E-306A/B設計參數 殼程設計壓力為0.8 MPa，設計溫度為250℃，設備直徑為1700mm，主體材質為16MnR，介質為水和蒸汽，殼程為1程；管程設計壓力為1.58/-0.1MPa，設計溫度為255℃，設備直徑為1700mm，主體材質為16MnR，介質為工藝介質，管程為4程。換熱管材質為16Mn，其規格為Ф19X2.5X6000（直管長），管板材質為16Mn，管板厚度為162mm。管子和管板連接型式為強度焊+帖脹。換熱器型式為BIU，屬于二類壓力容器。

2　泄露原因分析

為了盡快解決蒸汽發生器泄漏問題，公司召集設計單位和設備制造廠于2010年3月23日在現場召開專題事故分析會。E-204A/B 、E-304和E-306A/B均為上海某設備有限公司制造，經過現場調查分析，主要存在以下設備質量問題：

（1）換熱管與管板焊接接頭存在焊接裂紋、氣孔 在設備制造過程中，換熱管與管板聯接采用先脹后焊工藝，管接頭采用手工氬弧焊，脹接方式為機械脹接。機械脹接時使用的潤滑油滲透進入焊接接頭間隙，而且很難清除干凈。然后進行管接頭焊接時，產生焊接裂紋、氣孔，與現場檢查結果相吻合。近年來，國內設備制造廠在換熱管與管板脹接多采用液壓脹，可避免上述問題的發生。

（2）103-E-204A管箱隔板存在貫穿性裂紋 管箱隔板發現多處裂紋，主要是由于焊接質量差，管箱整體消除應力熱處理后，并未完全消除殘余應力。

（3）設備制造廠對換熱管貼脹工藝未進行試脹 設備制造廠對脹接采用機械脹工藝，并且是分兩段進行的。機械脹比液壓脹工藝對管孔加工精度要求要高得多，并且機械脹受操作者人為因素影響很大，尤其是分兩段脹接的工藝必然在管孔中間部位兩次脹接重合部位產生較大的塑性變形，嚴重時會產生過脹，使部分管壁嚴重減薄甚至產生微裂紋。試壓時，宏觀表現為管孔中間部位發生泄漏。從換熱器修復過程中觀察到情況來看，大量泄漏發生在管孔中間部位，而且在管子內壁可清晰見到過度機械擠壓的痕跡，與該設備制造廠脹接工藝是非常吻合的。

（4）未經業主同意，上海某設備有限公司將這五臺設備轉包給上海浦東某機械廠制造。

（5）103-E-204A/B隨機資料存在涂改痕跡 ①管板堆焊層化學分析報告日期有涂改痕跡（資料編碼112）；②管板鐵素體檢測報告（資料編碼108）和復檢報告（資料編碼109）有改動痕跡。

通過分析論證，各方均認為這五臺設備最大的問題在于換熱器脹接工藝落后，未進行試脹，存在過脹問題，且換熱管與管板焊接接頭存在焊接裂紋、氣孔。管接頭焊接和脹接這兩道重要工序在設備制造過程中質量失控是換熱器泄漏的主要原因。

3　整改和質量控制措施

為了盡快恢復生產，神華某公司立即向蘭州某知名設備廠緊急采購E-204A管箱和E-204A/B換熱管束，并進行了徹底地更換。在2010年底檢修中，又對E-304和E-306A/B更換新的管束。目前這五臺管殼式蒸汽發生器使用狀況良好，未發現泄漏。

經公司相關部門研究并經主管領導批準，將上海某設備有限公司列入神華供貨商的黑名單。為了吸取設備采購中的經驗和教訓，公司在設備采購過程中，逐步建立和完善嚴格的審批程序，細化采購合同，加強設備制造過程中的監檢和設備入場檢查，以確保神華項目采購設備的質量，并不斷優化采購程序。為了確保采購設備的質量，主要采取以下有效措施：

（1）擇優選擇供應商 在項目建設初期，對采購的設備進行分類，通過對壓力容器廠商實地考察，對其壓力容器質保體系執行情況、相關資質、設計研發能力、制造裝備能力、公司執行力度和信用情況、財務狀況以及相關業績等方面做出綜合評價，制定項目的通用合格供應商名單。

各項目組在EPC招標前，在項目的通用合格供應商基礎上，開展大量調研工作，制定各裝置設備供應商短名單，并將此短名單列入EPC合同文件中。通過招、投標，在短名單中優選供貨商。

（2）簽訂嚴謹的設備采購技術協議 在設備采購技術協議中，明確以下內容：適用標準和規范和相關的工程統一規定；明確供貨和工作范圍；板材、鍛件、管材和焊材等主要材料、內件明確可供選擇的分供方；明確備品備件的要求；設計、制造和檢驗要求；交貨方式、包裝、運輸以及其它特殊要求。

在采購技術協議中，明確制造的設備主體應在賣方的設備制造廠（可指定地點或車間）制造，未經業主批準不得轉包或分包。對關鍵壓力容器，業主組織設計單位、制造單位、監造單位等舉行設備制造開工會，進行設計交底、同時對制造工藝、質量檢驗計劃進行審查。

（3）加強壓力容器設計圖紙質量控制 為了確保壓力容器設計圖紙的品質，對設備圖紙進行審查。對于重要的換熱器，設計圖紙應明確下列要求：

①對于換熱管要求進行100%超聲波探傷，100%進行水壓試驗；②對換熱管和管板焊縫出廠前要求進行氨滲漏檢驗。

（4）對關鍵壓力容器進行駐廠監造 對于關鍵壓力容器，由業主、設計院監造人員或委托第三方設備監造單位進行駐廠監造。委托的第三方設備監造單位與神華有長期合作關系，且業績良好，通過招標產生的，保障監造人員的資質、能力滿足設備監造的要求。

項目采購部門負責審核監造方案，并加大考核力度，確保監造計劃的有效執行。監造人員每周提交監造周報，匯報設備制造進度、質量信息等。

（5）實施嚴格的壓力容器入場管理 項目采購部組織施工承包商、監理單位對進場設備進行開箱檢驗，已確保入場壓力容器的質量。

（6）對壓力容器進行第三方檢驗 為彌補壓力容器開箱檢驗的局限性，確保壓力容器質量，在項目執行過程中，聘請具有國家質量監督檢驗檢疫總局頒發的第一、二、三類壓力容器、球罐檢驗資質的檢驗單位進行壓力容器第三方檢驗。檢驗范圍包括：單臺獨立的壓力容器、成套設備中的壓力容器、分段或分片進場的壓力容器和現場制造的壓力容器等。

4　結語

蒸汽發生器泄漏是設備制造過程中存在的主要問題。通過神華某公司五臺管殼式蒸汽發生器泄漏原因分析，采取了相應整改和質量控制措施，對今后工作具有十分重要的借鑒意義，以杜絕類似的事情再次發生。對于設備設計、制造過程中暴露出的一些典型質量問題，在項目執行過程中應予密切的關注。

［1］質技監局鍋發（1999）154號，壓力容器安全技術監察規程［S］.

［2］GB150-1998，鋼制壓力容器［S］.

［3］GB151-1999，管殼式換熱器［S］.

［4］SHS011009-2004，管殼式換熱器維護檢修規程［S］.

［5］錢頌文.換熱器設計手冊［M］.北京：化學工業出版社，2002：136～191.

宋全祝（1963- ），高級工程師，1985年畢業于北京化工大學化工機械專業，現任中國神華煤制油化工有限公司北京工程分公司專業經理，具有豐富的壓力容器設計經驗和管理經驗。