煤气废热锅炉失效原因分析及预防措施

2021-01-28 11:35:15 作者：本网整理来源：工业小南点分享至：

1、概述

水煤气废热锅炉又称中压废锅，是变换系统关键设备，该设备管程的介质是由 H2、CO、CO2、H2S、NH3、H2O等组成的水煤气，废锅壳程是锅炉补水（深度脱盐水），并在内产生饱和蒸汽后排出。设备在使用两年左右后，发现出口蒸汽中CO含量明显增高，判断管程处出现泄漏。设备停车检修时，并未发现宏观缺陷，水压检漏时，发现管板堆焊层有11处漏点；后经堵漏处理，漏点反而增加到 20多处，第二次水压检漏时，又出现新的漏点。同时，在管子内壁发现一些黑色附着物，且泄漏水珠出现在管内壁，基本可以确定裂纹出现在换热管上。经渗透检测和打磨，一开始在管内壁并未发现裂纹，随着打磨的进行，裂纹出现并越来越清晰，同时裂纹宽度由管内向外逐渐增加，因此，可以初步判定是由裂纹起的。

2、原因分析：

在高温水环境中，奥氏体不锈钢在很低的应力下就可能发生应力腐蚀开裂。通过有限元分析发现，换热管外壁的胀接残余应力在20-30MPa之间，除了胀接应力之外，还存在焊接应力、温差应力以及工作应力等的叠加，因换热管轴向拉应力最大，所以裂纹易沿轴向扩展，即裂纹垂直于拉应力的方向。

1）对换热管材料进行光谱分析，成分基本满足GB/T14976标准要求，确认为0Cr18Ni10Ti。

2）通过电子探针和显微镜对裂纹的观察，可看出裂纹源存在于换热管的外表面，换热管的金相组织为单相奥氏体晶粒，属于正常的0Cr18Ni10Ti固溶处理后的组织形貌。但是，在微观组织中发现了 TiN脆性夹杂物以及其他一些大颗粒夹杂物，当腐蚀裂纹遇到这些夹杂物时会加速腐蚀通过电子探针和显微镜对裂纹的观察，可看出裂纹源存在于换热管的外表面（点蚀），并平行于轴向和管径向发展；裂纹的一个（或多个）分支在沿径向发展时遇到材料基体中的缺陷，加剧了腐蚀的程度，继续向前发展成为穿透性裂纹，引起管内介质泄漏。两种观测方法的结果都显示，裂纹具有典型的应力腐蚀形貌。

3）通过对设备内部检查，发现换热管和管板之间存在缝隙，在缝隙内富集Cl-，证明壳程介质中含有 Cl-，从而引起换热管应力腐蚀开裂。引起应力腐蚀的 Cl-主要来自锅炉水，也不排除来自耐压试验用水。虽然介质中Cl-的浓度并不高，但是换热管与管板之间的贴胀不紧密，为Cl-的富集创造了条件，在换热管与管板间的微小缝隙内其浓度会远高于所测水中的平均浓度。这是因为，Cl-扩散系数受流体流动影响较大，在微小的缝隙内流体流速很小， Cl-有效扩散系数接近 0，此时，Cl-将在此沉积。S元素在蒸汽中如果以 H2S的形式存在，对应力腐蚀开裂会起到促进作用。同时，设备的工作温度正好处于应力腐蚀的敏感温度范围内，Cl-浓度较小时也可能会发生应力腐蚀。

4）管束内壁黑色附着物中的 S元素含量较高，来源于原料煤；Fe和 Ni是水煤气介质腐蚀设备形成的。当 S元素以湿 H2S时，也会引起奥氏体不锈钢应力腐蚀，应控制水煤气中的S元素含量，当裂纹扩展到内壁时，管内介质中的硫化物会加速腐蚀速度。

5）工艺不稳定，导致操作负荷频繁变化，从而降低设备的使用寿命。

应力腐蚀速度也与设备在腐蚀环境中所经历的过程有关。如果在腐蚀性环境中呆一段时间，然后再干燥一段时间，再重新处于腐蚀性环境中时，其应力腐蚀速度更快。调查发现，废锅E2001A在 2011年下半年曾停用一段时间，2012年重新启用。如果设备在第一次使用的时候就出现了应力腐蚀，那么后来的停车对应力腐蚀裂纹的扩展起到了加速作用。

3、预防措施

（1）对于新设备制造，建议将现用的 0Cr18Ni10Ti更换为奥氏体－铁素体双相不锈钢。该类型不锈钢比18-8型不锈钢有更强的耐含少量氯化物应力腐蚀的能力；加强制造质量过程监控；加强保管，特别是管子搬运、废锅制造等过程中避免造成人为表面缺陷，这些缺陷在一定的腐蚀环境中可能会形成点蚀，进一步引起应力腐蚀。

（2）该设备在进行修复或制造下一台设备时，管子与管板连接处采用液压胀，适当增加胀接力，可以有效地避免过胀和欠胀，保证贴胀质量，消除间隙。

（3）耐压试验时所用的水和生产时的锅炉水应严格控制Cl-和S的含量，定期检测废热锅炉的进水和排污水中Cl-和S的含量。

（4）尽量减少停车，装置停车时，要排净锅炉水，保证设备处在干燥状态，并用氮气微正压保护，从而避免出现干湿交替状态。

免责声明：本网站所转载的文字、图片与视频资料版权归原创作者所有，如果涉及侵权，请第一时间联系本网删除。