煉油廠 60x104 t/a 重油催化裂化裝置分餾系統(tǒng)油漿蒸汽發(fā)生器一開一備運(yùn)行。蒸汽發(fā)生器主要產(chǎn)出低壓蒸汽，設(shè)備使用壽命較長(zhǎng)。

由于工藝調(diào)整的需要，產(chǎn)出中壓蒸汽，操作條件較以前苛刻，設(shè)備出現(xiàn)了由于管板產(chǎn)生裂紋而內(nèi)漏的現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅著裝置的平穩(wěn)、正常生產(chǎn)，己成為裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的瓶頸。針對(duì)頻繁的管板裂紋導(dǎo)致失效的問題，在設(shè)備材質(zhì)升級(jí)、管橋間距及制造單位優(yōu)選等方面做了一定的工作，但均未能從根本上解決問題，設(shè)備一旦失效，唯有更換管束以維持生產(chǎn)。

在對(duì)該設(shè)備近幾年的使用情況、改進(jìn)措施進(jìn)行總結(jié)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過詳細(xì)分析，對(duì)管束材質(zhì)、制造、熱處理工藝及部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，解決了管板裂紋失效內(nèi)漏問題。

1 油漿蒸汽發(fā)生器簡(jiǎn)介 

1.1 基本參數(shù)

油漿蒸汽發(fā)生器為φ1000 mm 、 4 管程的浮頭式換熱器，固定管板和浮動(dòng)管板材質(zhì)16MnⅡ ，厚度150mm 。換熱管材質(zhì)為10 鋼，規(guī)格為φ25mmx 2.5mm x 7 000 mm ，總共 436 根，管程設(shè)計(jì)壓力 1.16 MPa ,殼程設(shè)計(jì)壓力 4 .8 MPa ；管程設(shè)計(jì)溫度為 375 ℃ ，殼程設(shè)計(jì)溫度 262 ℃ 。管程介質(zhì)油漿，殼程介質(zhì)為水＋蒸汽。管子與管板的連接方式為強(qiáng)度焊加貼脹，管頭伸出管板 3 mm 。

1.2 使用情況

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，E211/ A 由于內(nèi)漏或疑漏啟、停5次，累計(jì)使用時(shí)間 236d ，更換管束 4 臺(tái)次，平均使用壽命 59d ; E211 / B 由于內(nèi)漏啟、停5次，累計(jì)使用時(shí)間 226d, 更換管束5臺(tái)次，平均使用壽命45d。E211/ A 、B在 22 個(gè)月的使用（備用）中共更換管束 9 臺(tái)次，最短的管束使用時(shí)間為15d ，平均使用壽命為 51d 。

油漿蒸汽發(fā)生器每次停車檢查均發(fā)現(xiàn)有管板裂紋，主要集中在管頭環(huán)焊縫和管橋等處，呈環(huán)向裂紋和徑向裂紋分布。徑向裂紋大部分貫穿管橋，經(jīng)角磨機(jī)現(xiàn)場(chǎng)打磨發(fā)現(xiàn)管板上裂紋最深達(dá) 60mm 。管頭環(huán)焊縫裂紋嚴(yán)重處表現(xiàn)為換熱管與管板發(fā)生脫落，管板裂紋分布情況見圖 1 。

2 原因分析

2.1 熱應(yīng)力

油漿蒸汽發(fā)生器采用 4 管程流程設(shè)計(jì)，各管程換熱管由于溫差而導(dǎo)致的膨脹變形不均勻和變形受到限制的矛盾是管板產(chǎn)生裂紋的主要原因。根據(jù)設(shè)計(jì)條件（操作參數(shù)接近設(shè)計(jì)條件），管程進(jìn)口 375 ℃ 的油漿，出口按高出殼程飽和溫度 5 ℃ 來(lái)計(jì)算（即 267℃） ，則管程總溫降為 375 一 267 = 108 （ ℃） ，以每管程溫降相同考慮，則每管程溫降 △ t = 108 / 4 = 27（ ℃ ），即各管程進(jìn)／出溫度分別為 375 ℃ ／ 348 ℃ 、 348℃ / 321℃、321℃/ 294℃、294℃/ 267℃，各管程油漿平均溫度為 361.5℃ 、 334.5 ℃ 、 307.5 ℃ 和 280.5 ℃ 。第1管程與第4管程油漿溫差達(dá)到80 ℃ ，顯然各管程換熱管金屬溫度也有一定的差異。初步計(jì)算，約有 4 ℃ 的溫差。按設(shè)備管長(zhǎng) 7m 計(jì)算，則不均勻變形伸長(zhǎng)差為 0.34mm 。0.34mm 的溫差變形應(yīng)力可達(dá)20MPa ,各管程間不均勻變形的復(fù)雜應(yīng)力，會(huì)使過薄的管口與管板的連接焊接接頭外出現(xiàn)裂紋而導(dǎo)致連接失效。

2.2 管束振動(dòng)和疲勞

管束弓形折流板間距為1100mm ，均安裝在管束下部，上部汽化空間無(wú)支持板固定。為方便組裝，管板和支持板的孔徑上偏差較大，換熱管安裝后形成了較大空隙。管束固有頻率和剛度低，在使用中由于殼程屬汽液混相，而第 2 和第 3 管程是相變區(qū)，由此相變而引起管束振動(dòng)。另外由于操作原因，設(shè)備多次啟、停也會(huì)導(dǎo)致溫度升降頻繁。管束劇烈振動(dòng)和溫度的頻繁升降誘使力學(xué)性能較差的焊縫發(fā)生疲勞失效。 

2.3 濕H2S腐蝕

油漿中存在微量的 S 和H2S ，對(duì)管頭焊縫存在一定的腐蝕。管束一旦出現(xiàn)微小的內(nèi)漏，殼程的鍋爐水進(jìn)入管程，形成濕的H2S將加劇腐蝕。

綜上所述，油漿蒸汽發(fā)生器管板出現(xiàn)裂紋的主要原因是由于溫差應(yīng)力、管束振動(dòng)、濕H2S腐蝕、機(jī)加工應(yīng)力、裝配應(yīng)力以及焊接殘余應(yīng)力共同作用的結(jié)果。 

3 改進(jìn)措施 

3.1 保證管板質(zhì)量

選用了在濕H2S環(huán)境下抗應(yīng)力腐蝕性能較好的 16Mn（HIC）鍛件，并且嚴(yán)格控制鍛件材質(zhì)要求：ω（p）≤0.015% , ω（s）≤0.004% , ω（Ce）≤0.45% , 同時(shí)符合 JB 4726 一 2000 《 壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件》規(guī)定的Ⅲ級(jí)要求。

3.2 改進(jìn)換熱管與管板連接方式

焊脹工藝由強(qiáng)度焊＋貼脹改為強(qiáng)度焊＋強(qiáng)度脹，見圖 2 。

管頭的焊接采用氫弧焊，同一側(cè)管板焊接時(shí)對(duì)稱施焊，焊接順序?yàn)棰駞^(qū)-Ⅲ區(qū)-Ⅰ區(qū)-Ⅳ區(qū)（即左上一右下一右上一左下），減少焊接高溫?zé)岬南嗷ビ绊憽⒐馨蹇灼驴谛褪礁某?3 mmx450，且管頭伸出管板至少 4mm 。

為保證換熱管與管板連接接頭的焊縫質(zhì)量，增加焊縫強(qiáng)度和減少管板的焊接變形采用橡膠脹或液壓。

4 改進(jìn)效果

通過對(duì)制造工藝、熱處理工藝及管束部分結(jié)構(gòu)等方面的改進(jìn)，在既沒有改變?cè)O(shè)計(jì)參數(shù)，又沒改變?cè)O(shè)備本體結(jié)構(gòu)的情況下，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，滿足了催化裂化裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的要求。油漿蒸汽發(fā)生器至今運(yùn)行良好。