废热锅炉换热管开裂原因分析及处理

    黑龙江黑化集团有限责任公司硝铵厂的合成氨系统以焦炉煤气为原料生产合成氨，合成氨设计生产能力为5.5万t/a，2003年产量达到6.9万t，2004—2008年均超过7.0万t/a。二段转化炉废热锅炉是净化车间转化系统的关键设备之一，该设备通过回收利用二段转化炉出口900 ℃的高温气体的热能产生2.5 MPa蒸汽供生产使用，用以调节转化气的温度，满足生产要求。合成氨系统自1983年投产以来共使用了4台废热锅炉，前3台废热锅炉都是因存在不同的问题而更换的。

       第1台废热锅炉1983年投用，设计换热面积79 m2，196根换热管（38 mm×3.5 mm）。该废热锅炉在运行中换热效果不好，产汽量低，报废前共堵管7根，存在一定内漏，影响正常生产，使用19 a后，公司于2002年8月更换了1台新的废热锅炉，即第2台废热锅炉。

第2台废热锅炉在原来锅炉位置和各管口方位允许的情况下进行了重新设计，列管增加到268根，换热面积增大到107 m2。该废热锅炉投用后到2003年6月就出现以下问题：废锅出口气体温度急剧下降，即使T204调节阀全开，气体温度仍然不能满足工艺要求，自产蒸汽量下降，系统被迫停车检修。停车检查发现，废热锅炉气体出口一侧管板与换热管焊接的焊口处多达100多处漏点，对其进行了紧急抢修，但运行后仍多次发生泄漏，对漏点进行了多次打磨、补焊，但无法满足生产需要。公司利用2004年大修机会又更换1台新废热锅炉，即第3台废热锅炉。

第3台废热锅炉在中间增加了1个膨胀节，管板材质由16MnR改为20g。该废锅投用1 a后出现了与第2台废锅同样的问题，即气体出口端管板与换热管焊缝多处开裂，到2005年11月由于废热锅炉泄漏，累计停车3次。公司又更换1台废热锅炉，即公司现在使用的第4台废热锅炉。

前3台锅炉在使用中都不同程度地存在泄漏问题，其主要原因是废热锅炉出口管板与换热管焊缝出现大面积开裂，出现开裂的原因如下。

       1.设备设计、制造原因首先废热锅炉在设计中存在一些不合理的地方。其次在制造上也存在缺陷，按中压容器制造标准要求，换热管与管板之间应先进行胀接，然后再进行焊接，从损坏的几台废锅出口换热管实测内径看，内径尺寸竟然为负偏差，这足以证明第2、3台废热锅炉存在一定的制造缺陷。从废热锅炉出口管板泄漏位置来看，所有裂纹均发生在管板与换热管焊口上或焊口附近，且第2、3台废锅发生的故障基本一致，我们怀疑废锅在制造过程中可能存在焊接质量问题。

       2.设备安装原因在安装第2台废热锅炉时由于经验不足，存在一些安装不合理的地方：在设备底座与基础之间加装的垫铁不规范，大小不一，不平整，不能保证设备在运行后因温差变化而自由膨胀；将设备底座与基础和垫铁焊死，使设备在受热后壳体完全无法自由伸缩。

       3.操作原因2002年以来，硝铵装置生产负荷逐渐加大，造成废锅超负荷运行，难免发生工艺调节不及时、废锅出口时有超温现象，在第2台废锅拆开检查时也发现调节气体温度的T204调节阀保护套筒被烧鼓包（套筒的材质为Cr25Ni20不锈钢，内置耐热混凝土），这足以说明气体温度已远远超过了设计值390 ℃，这也可能是引起管板焊缝开裂的原因之一。