尾氣回收廢鍋換熱管束缺陷原因及對策

成洲 蔡萌(山東齊魯石化機械制造有限公司，山東 淄博 255400)

0 引言

尾氣回收廢熱鍋爐(簡稱廢鍋)主要用于利用高溫流體熱源作為生產蒸汽，屬于化工生產過程流體的熱交換裝置。某客戶在硫回收裝置技改過程中，委托我公司設計制造尾氣回收廢鍋。我公司根據客戶要求進行產品設計，客戶使用產品一段時間后，發生硫化物結晶以及管束開焊泄漏問題。針對現場問題進行分析，我公司找出產生這些缺陷的原因并進行了改進，滿足產品試驗要求。

1 設備概況及現狀

1.1 設備技術參數

設備的主要技術參數，見表1。

表1 設備的主要技術參數

1.2 現場設備現狀

通過對設備進行現場拆檢分析，發現存在以下問題，主要包括設備后部管頭泄露嚴重，管板表面覆蓋結晶物，且存在比較嚴重的腐蝕。經過PT 檢測發現管頭存在一定的裂紋。經過現場清理發現，后端管箱以及管板沒有按照要求澆筑。現場拆檢照片如下圖所示：其中圖1為硫化物結晶，圖2為管板與換熱管焊縫開焊。

圖2 管板與換熱管焊縫開焊

2 故障原因分析

2.1 結晶物沉淀問題

該廢熱鍋爐屬于硫回收系統技改設備，原設備換熱面積103m2，根據用戶單位工藝部門的要求，對硫回收裝置廢熱鍋爐進行改進，換熱面積增加到168m2，換熱管長度進行了加長處理，從而導致煙氣在管程的行程增加，到達后部管箱時，溫度降低，從而導致在后端管箱位置的硫化物結晶嚴重，在設備的表面附著了大量的硫化物。通過現場勘查發現，客戶在安裝過程中，沒有按照我方設計在設備內部澆筑料，導致了管板焊縫與流體介質以及硫化物結晶直接接觸，從而產生嚴重的表面腐蝕。

2.2 異種金屬引起的焊縫開裂

針對換熱管和管板之間焊縫開裂的問題進行復盤分析，發現換熱管和管板采用了不同的金屬材料。原來設備換熱管材料為20#鋼，管板為Q245R，管板和換熱管材質基本一致，不存在異種金屬焊接問題。在技改過程中，客戶工藝部門提出采用換熱管采用S32168取代20#鋼，這樣就使得換熱管和管板之間的焊接為異種金屬焊接。在250℃高溫的工作環境下，S32168的膨脹系數與Q245R 的膨脹系數不同。在工作溫度下造成應力集中，通過長時間的應力作用，造成管板與換熱管之間焊縫撕裂，最終造成裂紋甚至是開焊。

2.3 硫化氫應力腐蝕開裂

該廢氣鍋爐屬于硫回收裝置尾氣廢鍋，管程介質為含硫煙氣的混合物，主要包括硫化氫，二氧化硫已經水蒸氣等。因此在這種環境下非常容易造成濕硫化氫應力腐蝕環境。在濕硫化氫環境下，設備的氫致開裂問題不可避免，這種由于氫致開裂引起的損傷一般稱為氫損傷，氫致開裂與宏觀缺陷存在相關性，材料的宏觀變形是裂紋開裂的必要條件。由于宏觀屈服的需要，這種情況一般發生在由于膨脹系數不同引起的應力集中從而導致在高應力的情況下產生。同時這種損傷也會引起材料的韌性下降。外部表現為硫化氫應力腐蝕開裂。

3 修復方案及應對策略

3.1 現場設備返修

針對現場出現的問題，首先對現場設備進行返修，保證生產順利進行。對于存在缺陷的管頭，首先要進行返修處理。采用碳弧氣刨或角磨機將缺陷位置清除，清理完成后對清理的位置進行PT 檢測，檢測合格后，按照工藝評定進行補焊返修，如果探傷不合格，繼續加深去除，然后再次進行PT 檢測，直到符合要求后進行返修。按照焊接工藝評定進行補焊返修后，首先對焊縫外觀進行檢查，外觀檢查合格后進行PT 檢測，檢測要求100%檢測，直到檢測合格后進行靜水壓測試。在靜水壓測試之前，首先通過安裝盲板和關閉閥門的方式將設備與生產系統徹底斷開，在設備適當的測試法蘭上安裝壓力表，用于監測測試壓力的升降和測試過程的壓降情況。封堵完成后，將設備連接試壓泵，緩慢升壓至工作壓力并保壓，保證無泄漏，然后升高到實驗壓力，并保壓半小時以上，測試完成后檢查所有焊縫和連接部位，保證測試過程無壓降，無滲漏，無異響。測試合格后產品交付客戶使用。

3.2 調整工藝參數

設備缺陷返修合格后，要求使用單位按照設計要求在后端管箱內壁安裝澆注料。由于根據工藝部門要求增加了換熱面積，導致管程距離增加，因此對于客戶工藝提出優化意見。根據我方建議，客戶的工藝部門通過工藝計算，降低了殼程冷卻水的工作壓力和流量，避免了由于設計改進引起的管程介質在末端管箱由于降溫過快產生的硫化物結晶現象。工藝部門按照我方建議整改優化工藝只有，到目前為止，設備一直運轉正常，換熱管內的結晶問題基本解決。

4 結語

廢氣硫回收的整個工藝中，本次設計制造的尾氣回收廢鍋長期處于高溫工作環境，同時由于管程介質溫度高，溫差大，流體濕度大等問題，產生了硫化物結晶、焊縫腐蝕開裂等問題，因此在返修整改的基礎上，必須做好設備的維護工作，對于現場問題，及時發現和解決，避免造成不必要的經濟損失。在進行技改的過程中，工作為設計單位，對于客戶的工藝部門提出的設計要求必須進行充分的考慮，對于工藝參數、介質等進行詳細分析，對于客戶提出的要求需要謹慎對待，對于可能產生的問題，要在充分溝通的基礎上進行多方面考慮，從而盡最大努力避免在安裝和使用過程中的不當操作造成不必要的損失。