乙烯裝置干燥器進料激冷器泄漏原因分析及應(yīng)對措施

摘 要：文章對干燥器進料激冷器泄漏部位進行了宏觀檢查、化學(xué)成分分析、金相分析等多種形式的理化分析。通過分析給出了該激冷器泄漏原因為換熱管與管板相連的角焊縫焊接質(zhì)量差，顯著削弱了焊接接頭的強度并造成應(yīng)力集中。提出了防止激冷器泄漏的應(yīng)對措施。

關(guān)鍵詞：激冷器；泄漏；應(yīng)對措施

乙烯裝置干燥器進料激冷器于2009年投用，用13℃的丙烯冷劑給裂解氣降溫，將裂解氣溫度控制在16℃，保證裂解氣干燥器及后續(xù)系統(tǒng)正常運行，其主要技術(shù)參數(shù)見表1。運行期間未出現(xiàn)超溫、超壓和管殼程間壓差嚴重波動現(xiàn)象。2012年9月在乙烯裝置停車大檢修期間發(fā)現(xiàn)換熱管泄漏，封堵處理后繼續(xù)運行。2013年9月該激冷器再次發(fā)生泄漏，因裝置連續(xù)運行，故帶病運行至2014年5月對其殼體進行了整體更換。為查清泄漏原因，避免類似泄漏重復(fù)發(fā)生，對更換下的激冷器取樣分析。

1 理化分析

1.1 宏觀檢查

1.1.1 管板表面宏觀檢查。宏觀檢查發(fā)現(xiàn)管板的管頭上有3處進行了堵頭焊堵，另有3處焊縫存在明顯的補焊現(xiàn)象（圖1），比較與其他換熱管角焊縫處的成型（圖2），發(fā)現(xiàn)上述部位焊接接頭成型較差（圖3），且管頭伸出長度不足。

1.1.2 管板與管子剖面檢查貼脹情況檢查

為檢查管板與管子貼脹情況，沿著失效換熱管軸向剖開后，發(fā)現(xiàn)管板與管子間存在明顯縫隙，普遍存在欠脹現(xiàn)象。見圖4。解剖試樣的角焊縫成型情況，發(fā)現(xiàn)其中一個部位經(jīng)過補焊處理，5個部位以化學(xué)試劑侵蝕顯示出焊縫宏觀形貌，角焊縫焊接質(zhì)量較差，存在嚴重的未熔合、氣孔以及焊縫高度不足等焊接缺陷現(xiàn)象。

1.2 表面探傷

對樣品進行表面探傷（PT+MT），發(fā)現(xiàn)部分角焊縫上有環(huán)向裂紋，裂紋長度約5mm～9mm。

1.3 化學(xué)成分分析與硬度測試

分別對管板和換熱管取樣進行化學(xué)成分分析，分析結(jié)果表明：取樣分析的管板化學(xué)成分能滿足NB/T 47008-2010《承壓設(shè)備用碳素鋼和合金鋼鍛件標準》中對16Mn鍛件的化學(xué)成分要求；取樣分析的換熱管化學(xué)成分滿足GB/T 699-1999《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》對10#鋼管的化學(xué)成分要求，見表2。對樣品的管板、換熱管、管板與換熱管連接的角焊縫及熱影響區(qū)進行硬度測試。測試結(jié)果表明，角焊縫金屬的硬度偏高，其他測試部位硬度基本正常。

1.4 金相分析

針對解剖的5個管子與管板連接的角焊縫進行金相觀察，發(fā)現(xiàn)未熔合處均已誘發(fā)了裂紋，裂紋雖未穿透焊縫，但距離焊縫外表面僅有0.43mm～0.62mm，其中一處裂紋尖端恰好在補焊焊道的熔合線上，說明該處曾有過泄漏后又經(jīng)補焊的情況。5個試樣上的裂紋均在未熔合缺陷端部萌生，裂紋為傳經(jīng)擴展。

1.5 斷口分析

宏觀檢查端口裂紋已經(jīng)穿透，斷面上可見明顯的未熔合及宏觀氣孔缺陷。超聲波清洗之后采用掃描電鏡微觀分析，結(jié)果顯示斷裂面上氣孔較多，基本呈直線狀并距焊縫外表面約0.5mm，有的氣孔已基本與外表面連上，有的氣孔周邊呈韌窩斷裂，有的氣孔邊緣既有解理面又有韌窩。未熔合面微觀呈高溫自由凝固表面形態(tài)。

1.6 X-射線能譜分析

用X射線能譜儀對端口進行腐蝕產(chǎn)物分析。分析結(jié)果表面，端口上主要為氧元素和鐵元素，未發(fā)現(xiàn)硫、氯等腐蝕性元素。

2 泄漏原因

理化分析結(jié)果表明，開裂部位管板與換熱管材質(zhì)基本正常，發(fā)生開裂換熱管與管板相連的角焊縫焊接質(zhì)量非常差，存在嚴重的未熔合、氣孔及焊縫高度不足等缺陷，顯著削弱了焊接接頭的強度并造成應(yīng)力集中。失效激冷器為固定管板結(jié)構(gòu)，管板與換熱管設(shè)計采用強度焊+貼脹結(jié)構(gòu)，因此運行過程中換熱管與管板連接角焊縫上一方面要承受內(nèi)壓及溫度作用下?lián)Q熱管膨脹或收縮產(chǎn)生的軸向拉力，另一方面，由于換熱管存在明顯的欠脹現(xiàn)象，一旦管束振動，載荷會直接傳遞到角焊縫上。據(jù)此分析認為，換熱管與管板連接焊縫泄漏是在換熱管承受的拉脫力以及可能存在的管束振動的影響下，焊縫中的焊接缺陷處萌生裂紋造成的。綜上所述，乙烯裝置干燥器進料急冷器管板開裂泄漏是運行過程中激冷器承受的拉脫力及可能存在的管束振動的影響下，焊接缺陷處萌生出裂紋并引起泄漏。

3 應(yīng)對措施

乙烯裝置干燥器進料急冷器泄漏根本原因要求我們必須加強設(shè)備制造控制。設(shè)備制造過程中首先應(yīng)加強焊接質(zhì)量控制，確保換熱管與管板相連的角焊縫焊接質(zhì)量過關(guān)，對于采用強度焊+貼脹結(jié)構(gòu)的激冷器其換熱管與管板部位貼脹應(yīng)充分。對新更換的激冷器進行了監(jiān)控，運行一年多來未發(fā)現(xiàn)問題。

作者簡介：季杰（1976，8-），女，民族：漢族，籍貫：天津，2000年7月畢業(yè)于南昌航空大學(xué)腐蝕與防護專業(yè)，學(xué)位：工學(xué)士，現(xiàn)崗位：中沙石化設(shè)備管理部靜設(shè)備工程師，技術(shù)職稱：中級工程師。