薄管板挠式转化废锅泄漏原因分析及处理

薄管板挠式转化废锅泄漏原因分析及处理
尹旭涛;刘亮
【摘要】This paper introduces the process of 03E001 waste heat boiler and analyzes the leaking causes of waste heat boiler of reform section of large ammonia unit. Zhongyuan Dahua Co. first attempted the online leak stoppage method domestically. The results show that the maintenance cycle has been shortened and the waste heat boiler met the process operating requirements.%介绍了废热锅炉03E001的工艺流程，分析了大型合成氨装置转化工段废锅泄漏的原因，并在国内首次尝试了在线堵漏的检修方式，结果表明，检修周期缩短，达到了工艺运行要求。

【期刊名称】《化肥设计》
【年(卷),期】2015(000)002
【总页数】3页(P44-46)
【关键词】薄管板;废热锅炉;泄漏;堵漏
【作者】尹旭涛;刘亮
【作者单位】河南能源化工集团中原大化公司，河南濮阳 457000;河南能源化工集团中原大化公司，河南濮阳 457000
【正文语种】中文
【中图分类】TQ113.255
doi:10.3969/j.issn.1004-8901.2015.02.013
河南能源化工集团中原大化公司合成氨装置于1990年5月投产，至今已运行近
25年。

其中核心静设备卧式废热锅炉(03E001)由原西德UHDE公司设计，由日本日立公司制造，是我国使用卧式废热锅炉最早的大型氨厂之一。

废热锅炉03E001是一固定管板式列管换热器，通称卧式火管锅炉，以火管形式换热。

管程走4.3MPa的转化气，进口温度设计为983℃，出口温度设计为588℃；壳程走12.5 MPa锅炉水，温度为328℃，壳程与汽包通过上升管和下降管相连构成换热、循环系统。

用途是锅炉水与高温的转化气换热产生饱和高压蒸汽，蒸汽进入汽包，设计产汽量105 t/h，工艺流程见图1。

该设备采用了薄形管板(厚度20/27 mm)结构，很好地解决了大型换热器换热管热膨胀的问题，在管箱入口侧，薄形管板采用含刚玉质高温耐火浇注材料保护层，传热管入口端装有高温合金(lncoloy800H)保护套，以防止转化气高温介质的冲蚀，并更好地解决了耐火材料层与列管由于热膨胀不一致造成浇注材料脱落的问题。

废热锅炉由302根传热管(ϕ38.1mm，13GrMo44)、中心旁路管(ϕ408，
13GrMo44)、管板、管箱、外壳及蝶阀法兰颈管(lncoloy800H)等组成。

中心旁
路管的作用是控制、调节转化气出口温度，中心旁路管尾端的蝶阀则用来控制出口温度。

03E001使用至今在每次装置大检、维修中都作为重点检查项目，其中较大的检、维修共有4次，分别是:①1997年9月20日中心管法兰从颈部断裂，中心管出口采用中心开ϕ88mm的孔板堵死出口；②2009年12月中心管内部、中心管和管
板融合线处以及换热管端口处管板出现裂纹，由大连松海进行修复；③2011年4
月8日03E001东人孔与筒体连接处发红超温，停车处理，更换整套人孔砖。

12
月对进出口管箱耐火层进行重新砌炉，开车后入口管箱上方出现局部超温现象，通过采取降温措施，控制在300℃以下监护运行。

2012年、2013年大修对超温部
位进行修复，目前有所好转但超温现象仍然存在；④2014年6月13日，装置运
行中出现泄漏，停车检查，发现管束出现断管，共计堵管12根。

2014年6月5日21:18，主控DCS显示03E001入口温度T03014指示突然从948℃降至783℃；03E001出口温度T03016指示突然从528℃降至225℃，
03E001上水量瞬间上升70 t/h。

判断03E001换热管出现泄漏，全系统紧急停车。

6月7日，03E001降温合格后，13:30开始拆03E001东、西人孔。

8日外观检
查发现第7列第14根管子断裂，见图2，断裂位置在高温端换热管入口密管之后的部位，此处没有密管的保护，与高温转化气直接接触，工作环境苛刻。

初步判断是由此管爆管而引起了此次事故。

4.1 方案
(1)换热管材质13CrMo44，尺寸ϕ38.1 mm× 4.4mm，管板材质13CrMo44，
厚度20/27mm。

(2)选择合适材料加工堵头，两头焊接，中间管内加支撑筋。

4.2 堵漏过程
(1)堵头使用15CrMoR的板材加工成“T”形，凸台中间钻有应力释放圆槽，焊材使用ERNiCr-3ϕ2.5mm的焊丝，手工氩弧焊，焊接时要注意层间温度。

“T”形
堵头见图3。

(2)为了保证断管具有同样的支撑作用，在断管内放置了一根拉筋，注意防止拉筋
在管内下垂，与其他换热管膨胀不同步。

为确保拉筋能够与其他换热管同时受力支撑管板，将拉筋放置于管子底部，一端固定后，另一端焊接两条焊丝，尽量拉直拉筋后，再点焊拉筋与换热管同心放置，拉筋两头与换热管两侧壁焊接，上下留有4 mm的空隙，让炉水的压力作用在堵头上。

堵漏实例见图4。

(3)堵漏完成后，做水压试验，压力升至12MPa，保压1 h，没有发现新的漏点，至此查漏、堵漏结束。

本次共堵管12根，其中断管6根，鼓包变形4根，渗漏2
根。

(1)从03E001管子断裂的情况看，断裂面大部分垂直于主拉伸应力方向，而最后断裂的瞬裂区一般都有剪切边，应该属于应力腐蚀断裂。

(2)换热管断裂的位置都在入口密管末端喇叭口处，前面也提到这个地方管子受热温度最高，换热管支撑管板因热膨胀产生12.5mm的位移，产生拉应力。

(3)换热管长期在高温炉水中工作，会产生高温氧化腐蚀，导致换热管外壁表层脱落起皮，管壁减薄，在恶劣环境下首先在管表面形成了腐蚀坑。

发现断管后，我们邀请国内高压废热锅炉行业的知名专家分析了断管的原因。

大家一致认为，该换热器突然发生一次性6根断管，主要原因就是该设备严重超期服役、老化，导致无任何征兆突然集中泄漏。

针对此现象，我们对该换热器的检修进行了反复的论证，认为要想彻底解决该换热器的隐患，必须更换管束或更换新换热器。

但考虑到此种检修方案耗时至少需要2个月，结合我们公司实际，决定对泄漏的局部管子进行堵管。

正常生产后，我们搜集了相同工况下的工艺数据，与泄漏前没有什么差别，从而也验证了这次局部堵管方案的成功。

此次局部堵管方案也是首次尝试，还存在不确定的因素，但此次在线堵管为同行业提供了借鉴。