塔底柴油蒸汽发生器管束裂纹分析及防范措施

1、塔底柴油蒸汽发生器管束裂纹分析及防范措施 1.e-204简介： 1.1. e-204简介 e-204是柴油加氢装置塔底柴油蒸汽发生器，属于u形管式换热器。壳程串联蒸汽发汽包（d-501），介质为除氧水与蒸汽；管程介质为240左右精制柴油。 1.2.损坏经过 e-204于2011年11月投用，2012年6月发生内漏。更换新管束运行至2013年1月17日，再次泄漏。 2.检修情况 2.1.检修概述 2012年检修，打开后在二、三、四管程的管板孔桥、管板与换热管焊肉、胀接处均发现肉眼可见的裂纹，对管板进行了着色渗透探伤，在一管程发现大量细微裂纹，达到报废标准，于是更换新管束运行。运行至2013年1月

2、17日再次泄漏，打开后情况与2012年情况相似。四管程有一处较大的砂眼。 2.2.宏观检验 e-204管板表面和管子内部无明显腐蚀减薄痕迹，管板与管子的焊缝处既有径向裂纹，又有周向裂纹，将管子刨开检查，未见胀接痕迹。 从宏观检验可以看出，径向裂纹是热疲劳形成的，周向裂纹是焊接和应力共同作用的结果。 2.3.金相检验 从已报废管板上取样，经打磨、抛光及浸蚀后进行金相检验，其中管板上选取点1处的金相组织为：铁素体+珠光体，有严重偏析现象，管子上选取点2处的金相组织为：铁素体+珠光体，焊缝上选取3处的金相组织为：先共析铁素体+珠光体+针状铁素体，是应力过大产生裂纹的原因。 从检验可以看出管板金相组织

3、不正常，有严重的偏析现象，周向裂纹是沿晶热裂纹，是由于焊接金属产生偏析和残余应力作用形成的；径向裂纹是穿晶裂纹，是应力过大和热疲劳共同作用形成的。 2.4.硬度检验 e-204管板的硬度值为127-139bhld，管子的硬度为：103-139hbld，经检测管板与管子的硬度值均正常。 2.5.化学分析 e-204的管子材质是10；管板材质为：16mnr。经光谱分析，所测元素化学成分符合相关要求，管板材质是合格的。 3.原因分析： 3.1.温差应力 e-204的壳程入温度为80-100，设计温度为158 ，两个温度最大相差了78 ，管程入口温度为230-235 ，介质温差较大，造成管板、换热管各

4、部分热变形不一致，产生较高的温差载荷。 3.2. 制造原因 换热管与管板胀焊时，处于水平放置位置，无法保证换热管与管板间隙均匀，换热管与管板胀焊完成后，会造成局部过度变形，产生冷加工硬化；加之过胀，造成胀接处存在较高残余应力。加之换热器工作时的拉伸应力，为换热管的应力腐蚀创造了必要条件。 3.3.管束振动 壳程介质属汽液混相，两相流体横向流过管束，相变会激起管束振动，管束的剧烈振动诱使力学性能较差的缺陷处发生疲劳失效。 3.4.结论 管束泄露的主要原因 3.4.1.在管板和管子制作过程中未进行胀接或者胀接不到位。 3.4.2.焊接不均匀，焊缝发生了成分偏析。 3.4.3.工艺操作参数波动，引起

5、热疲劳。 4.防范措施： 4.1. 运行工况调整 4.1.1.从工艺操作保持平稳运行，避免管束急冷急热，造成管束出现较大的温差应力。 4.2. 改进加工工艺 4.2.1.焊接要求 4.2.1.1.换热器的焊接严格遵守焊接工艺及焊后热处理。 4.2.1.2.所有焊接接头外观检查合格。 4.2.2.胀接要求 胀贴完毕后，对于胀度不足者，应进行补胀；对于胀度超过规定范围者；应更换换热管 后重新进行焊接和贴胀。 近年来国内新建炼厂的工艺包也大都采用国外的先进设计理念，但对于蒸汽发生器并不仅是靠提高材质等级避免泄漏，优化操作参数、严格控制换热器的制造质量和采用合理的制造工艺也尤为重要。目前我车间正在积极准备改造