管壳式换热器管板裂纹及控制措施

管壳式换热器管板裂纹及控制措施
杨冠珍(无锡市锅炉压力容器检验所)
目前国内各炼油厂进口原油普遍存在含硫量高的问题,这增加了碳钢设备的湿硫化氢(Ｈ2Ｓ)应力腐蚀,容易造成换热器管板开裂。

某石油化工厂型号为ＢＪＳ1100 1.6 330 6/25 4的换热器投用不到半年,就发现焊缝开裂并扩展到管桥,文中分析其原因并对用于湿硫化氢应力腐蚀环境中的换热设备从设计及制造上提出几点避免产生裂纹的控制措施。

1管板开裂原因
管板裂纹分布无规律。

在管子与管板的焊缝、管桥及换热管上均有不同程度的开裂,裂纹长度及深浅不一。

经用户与制造单位共同分析,认为是液化石油气中含有的Ｈ2Ｓ导致产生Ｈ2Ｓ应力腐蚀,造成局部开裂,难以修复,只能作报废处理。

2Ｈ2Ｓ应力腐蚀机理
(1)湿硫化氢应力腐蚀开裂液化石油气介质中存在着Ｈ2Ｓ和Ｈ2Ｏ构成的腐蚀介质,Ｈ2Ｓ在液相水中产生电离。

Ｆｅ在硫化氢腐蚀下失去电子变成硫化亚铁,使金属表面形成小缺陷或者在划伤、焊缝咬边处被腐蚀,形成腐蚀开裂源,在拉应力的作用下开裂,尖角处产生新的暴露金属与介质中的硫化氢直接接触被腐蚀,在拉应力的作用下又发
生开裂,周而复始,使开裂拉长变深,从而引发湿硫化氢应力腐蚀开裂。

(2)存在对应力腐蚀介质敏感的材料该设备管板材质16Ｍｎ锻件,管子材质为10#钢。

16Ｍｎ在饱和的Ｈ2Ｓ溶液中存在较强的应力腐蚀开裂敏感性。

3控制措施
3 .1设计控制
目前换热器设计图样大部分选用标准代号,实际使用的介质、操作压力和温度等在图样上很少注明,而介质通常只写液化石油气或其主要成分,基本上没有提到设备接触到的介质有湿硫化氢应力腐蚀倾向,这样制造单位就难以按湿硫化氢应力腐蚀的制造要求进行控制。

为此,建议凡使用含有湿硫化氢应力腐蚀的介质,应在设计图样上明确提出。

《压力容器安全技术监察规程》(99版)修订说明及条文解释(四)中对湿硫化氢腐蚀有详细说明,建议在换热器的设计图样上注明使用及材料的限制条件。

3.2制造控制
(1)原材料控制
主要是管板材质,制造厂除了按设计图样规定采购材质外,还应做碳当量的复验及管板车削加工后对表面进行ＰＴ硬度检测,确保碳当量在允许范围内,管板表面无微裂纹,硬度不大于ＨＢ180。

对于换热管,要求钢管厂必须100%做ＥＴ和ＵＴ,而且因管子两端200ｍｍ内是钢
管厂ＥＴ、ＰＴ的盲区,所以在穿管前应将管子两端各切去200ｍｍ。

(2)管子与管板连接
优先采用强度胀。

以液化石油气为介质的换热器操作压力和温度均较低,强度胀能够满足要求,且无焊接残余应力。

也可采用密封焊+强度胀,密封焊用自熔方式,建议采用先焊后胀的形式,可防止产生气孔。

焊后应进行消除焊接应力的热处理,检测管板表面硬度是否不大于ＨＢ180,以确保热处理的可靠性。

(3)其它制造控制
按容规(四)6 7 2条中的规定执行。

3.3使用控制
正确使用设备,尤其要注意避开湿硫化氢应力腐蚀环境(温度、Ｈ2Ｓ含量、ｐＨ值等)。

当设备停用后再次使用前,对液化石油气接触的管程或壳程应该进行干燥处理,不允许留有液相水或硫化氢成分。