申國威（新疆中泰化學(xué)股份有限公司，新疆烏魯木齊 830009）

轉(zhuǎn)化廢鍋換熱管腐蝕泄漏的原因分析及改進措施

申國威（新疆中泰化學(xué)股份有限公司，新疆烏魯木齊 830009）

本篇文章研究分析的是轉(zhuǎn)化制氫裝置的廢熱鍋爐換熱管腐蝕泄漏的原因，并對其在實際工藝生產(chǎn)中產(chǎn)生的問題，進行分析，制定了有效的技術(shù)防治措施，進行有效改進

廢鍋；換熱管；腐蝕原因；改進措施

轉(zhuǎn)化制氫工藝的廢熱鍋爐設(shè)備，工業(yè)生產(chǎn)中其氣源裝置是以天然氣為原料的換熱式工藝流程，結(jié)構(gòu)為浮頭式“U”型換熱管式換熱器。

轉(zhuǎn)化廢鍋技術(shù)特性指標：

該設(shè)備規(guī)格：Φ730*4560mm；筒體材料為：A516Cr70NiS5；管板材質(zhì)：304S，U型管束材質(zhì)為304S（0Cr18Ni9）；U型管束規(guī)格為：Φ25.5*2.11，共170根；廢鍋的液位：≥40%；殼程的工作介質(zhì)中Cl-的含量為：＜10ppm以下；

1 設(shè)備現(xiàn)狀

檢測時間氫含量H21 0月2 . 7 % 1 1月2 . 3 % 1 2月2 % 1月2 . 3 % 2月2 % 3月3 %

該設(shè)備制造投入裝置工藝后，生產(chǎn)運行操作中發(fā)現(xiàn)蒸汽管網(wǎng)帶氫氣，對水質(zhì)取樣分析，從檢測表中數(shù)據(jù)可以看出氫含量嚴重超標。由此判定：轉(zhuǎn)化廢鍋換熱管發(fā)生泄漏。轉(zhuǎn)化裝置計劃停車進行檢修，對廢熱鍋爐進行了檢查與分析：

1.1 設(shè)備損傷情況

（1）廢鍋內(nèi)芯的管板與換熱管焊縫表面做PT著色探傷，不規(guī)則裂紋縱橫多達90余處；

（2）裂紋大多分布在換熱管管頭部位、管板空橋堆焊處，裂紋分布沒有明顯的規(guī)律（3）試壓檢查換熱管泄漏多達46根，尤其是工藝氣出口端裂紋的情況逐漸減少。

1.2 裂紋的產(chǎn)生原因分析

（1）裂紋具有穿晶應(yīng)力腐蝕；（2）水激、擊振動產(chǎn)生裂紋，引起腐蝕，由此發(fā)展為更深層裂紋至管板表面，甚至為穿透型；（3）以點蝕為滲透源產(chǎn)生的裂紋；（4）H脆，造成裂紋的產(chǎn)生；

1.3 介質(zhì)狀況

（1）裂紋源為點蝕特征；（2）由內(nèi)向外的發(fā)展趨勢顯示殼程鍋爐水/蒸汽一側(cè)的介質(zhì)腐蝕滲透；（3）由檢驗分析知：鍋爐水pH值在7左右，Cl-含量在20ppm以上，如表記錄：

分析時間C I含量p p m 1 0月2 9 1 1月2 1 1 2月2 2 1月2 7 2月3 0

（4）從抽出的“U”型換熱管芯可以明顯看出明顯的氣液分界面痕跡，這表明換熱管常處于“水激”與“干鍋”交替的工藝條件中運行，從而為Cl-濃縮創(chuàng)造了條件。

這說明：在高溫水及蒸汽條件操作，由于干鍋水激交替造成的Cl-濃縮倍數(shù)可達數(shù)百倍乃至千倍，裂紋尖端密集的Cl-高達1000ppm以上。

2 故障的原因分析

2.1 工藝操作因素

工藝水、飽和蒸汽量控制超指標，液位不足造成超壓、超溫沖擊設(shè)備造成裂紋。5%-10%的軟水量自調(diào)控制困難，就地液位計和浮筒液位計無法監(jiān)控。設(shè)備工況必須確保工藝氣出口至中變溫度控制在380℃穩(wěn)定操作，由于工藝操作液位的建立已無法調(diào)控，蒸汽出口氣量在0.6m3/h-1.27m3/h范圍，氣液波動極大造成干鍋、水擊（激）現(xiàn)象產(chǎn)生，形成干、濕波動交替現(xiàn)象，從而使自產(chǎn)外送的蒸汽無法滿足生產(chǎn)。工藝控制調(diào)節(jié)手段不完善。

2.2 介質(zhì)因素

由于Cl-的大量濃縮集中及其具有較強的吸附性，破壞了不銹鋼表面的鈍化膜，形成點蝕，加上水激、氣蝕負面影響，造成Cl-濃縮，極易在管板處產(chǎn)生裂紋。當pH值在6-7之間時，304S（0Cr18Ni9）不銹鋼應(yīng)力腐蝕最為敏感，容易造成換熱管與管板焊縫產(chǎn)生穿晶應(yīng)力腐蝕。

2.3 氫脆現(xiàn)象造成

當溫度超過300℃時，吸附在型管束及管板表面的氫分子，分解成氫原子或氫離子向管束與管板間細小縫隙內(nèi)擴散，與滲碳體作用發(fā)生反應(yīng)生成CH4，轉(zhuǎn)化氣內(nèi)也含有CH4，使鋼脫碳，而甲烷在鋼中的擴散能力很小，聚集在晶界原有的微觀孔、縫隙內(nèi)形成局部高壓，產(chǎn)生應(yīng)力集中，使得晶界變寬，發(fā)展成裂紋，積于管束與管板焊縫處，則會產(chǎn)生氫脆、氫腐蝕現(xiàn)象造成泄漏。

2.4 應(yīng)力因素

應(yīng)力在不銹鋼的腐蝕中主要是破壞不銹鋼鈍化膜，加速Cl-吸附及應(yīng)力變形作用，形成應(yīng)力腐蝕。

2.5 溫度的因素

在多處裂紋中，工藝氣入口有12處，其余的分布在工藝氣出口處。管外（殼程）為水及水蒸氣，水汽化為蒸汽的溫度在200-230℃左右，轉(zhuǎn)化氣入U型管束在管板的溫度約為360℃左右，這個溫度區(qū)間正是工藝波動，水激產(chǎn)生瞬間汽化、形成振動的界區(qū)，又是不銹鋼應(yīng)力腐蝕的敏感溫度。

3 實施改進與對策

經(jīng)過上述分析，找到了根本原因所在。由此，采取了相應(yīng)的改進措施：3.1 優(yōu)化工藝操作條件，工藝精細操作調(diào)節(jié)監(jiān)控運行指標，確保殼體液位保持穩(wěn)定使得溫度恒定在指標內(nèi)，使之遠離Cl-應(yīng)力腐蝕敏感區(qū)；

3.2 對工藝氣管線技術(shù)改造。將原工藝氣連通管線由DN50mm改為DN200mm，并增加調(diào)節(jié)付線，使工藝氣出口溫度控制在大于380℃，全面平衡工藝氣的流量、溫度，保證后系統(tǒng)的正常操作工藝指標，確保廢鍋產(chǎn)氣量平穩(wěn)壓力＞3.0MPa送至管網(wǎng)；

3.3 對脫鹽水入口工藝管線改造，增加手動調(diào)節(jié)閥及手動控制旁路，使得手動與自調(diào)可同時控制；