锅炉过热器改造

第３７卷第２期２００８年３月石油化工设备ＰＥＴＲＯ－ＣＨＥＭＩＣＡＬＥＱＵＩＰＭＥＮＴＶ０１．３７Ｎｏ．２Ｍａｒ．２００８文章编号：１０００—７４６６（２００８）０２一００８０—０３锅炉过热器改造陈玮栋（上海华谊丙烯酸有限公司，上海２００１３７）摘要：１台使用了大约５ａ的蒸汽锅炉过热器（使用压力２．０ＭＰａ，蒸汽产量１７ｔ／ｈ左右，使用温度３５０℃）在出口集箱管和盘管的焊缝及其热影响区内出现了网状裂纹，蛇形盘管多次发生开裂和断裂。

分析认为，该过热器产生裂纹甚至断裂与结构、材料和焊接等因素有关。

通过增加膨胀弯和更换材质，减小了焊接缺陷，改善了应力状态，使用效果良好。

关键词：锅炉；蒸汽过热器；失效；原因分析；改造中图分类号：ＴＫ２２３．３２文献标志码：ＢＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆＳｔｅａｍＢｏｉｌｅｒＳｕｐｅｒｈｅａｔｅｒＣＨＥＮＷｅｉ—ｄｏｎｇ（ＳｈａｎｇｈａｉＨｕａｙｉＣｒｙｌｉｃＡｃｉｄＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００１３７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｉｓａｂｏｕｔａｓｔｅａｍｂｏｉｌｅｒｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ（ｗｏｒｋｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｉｓ２．０ＭＰａ，ｓｔｅａｍｑｕａｎｔｉｔｙｉｓａｂｏｕｔ１７ｔ／ｈａｎｄｗｏｒｋｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓ３５０℃ｏｒｓｏ），ａｆｔｅｒｉｔｈａｓｂｅｅｎＵｓｅｄｆｏｒ４ｔＯ５ｙｅａｒｓ．ｔｈｅｎｅｔｌｉｋｅｃｒａｃｋｌｅｂｅｇａｎｔｏａｐｐｅａｒｉｎｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｌｉｎｅ，ｉｎｉｔｓｈｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｏｆｔｈｅｃｈａｎｎｅｌｏｕｔｌｅｔｔｕｂｅａｎｄｔｈｅｓｐｉｒａｌｔｕｂｅ。

ｔｈｅｃｒａｃｋａｎｄｆａｉｌｕｒｅｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎｔｈｅｓｎａｋｅｌｉｋｅｓｐｉｒａｌｔｕｂｅｔｉｍｅａｆｔｅｒｔｉｍｅ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆａｎａｌｙｚｉｎｇ，ｔｈｅｃｒａｃｋａｎｄｆａｉｌｕｒｅｗｅｒｅｃｌｏｓｅｌｙｒｅｌａｔｅｄｗｉｔｈｓｔｒｕｃ—ｔｕｒｅ，ｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｗｅｌｄｉｎｇ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓｏｆｅｘｐａｎｓｉｏｎｊｏｉｎｔｒａｔｉｏｅｎｌａｒｇｅｄ，ｒｅａｓｏｎａｂｌｅｍａｔｅｒｉａｌｓｅｌｅｃｔｅｄ，ｗｅｌｄｉｎｇｄｅｆｅｃｔｒｅｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｓｔａｔｅｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｉｔｓｗｏｒｋｉｎｇｅｆｆｅｃｔｉｓｓｔｉｌｌｇｏｏｄａｆｔｅｒ３ｙｅａｒｓ’ｕｓｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｏｉｌｅｒ；ｓｔｅａｍｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ；ｆａｕｌｔ；ｒｅａｓｏｎａｎａｌｙｓｉｓ；ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ某厂锅炉过热器，为该厂汽轮机提供过热蒸汽，该过热器的使用压力为２．０ＭＰａ，蒸汽产量１７ｔ／ｈ，温度不超过３５０℃，其集箱管材料原为１５ＣｒＭｏ，蛇形盘管的材料为ｏＣｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ。

该过热器在使用了约５ａ后，在出口集箱管和盘管的焊缝及其热影响区内出现了网状裂纹，蛇形盘管多次发生开裂和断裂。

虽经检修并将集箱管的材料更换为０Ｃｒｌ９Ｎｉ９，但仍存在类似问题。

为此对该过热器进行了改造，改造后使用情况良好。

１结构问题该过热器为卧式结构，蛇形盘管采用带抱箍的固定支架支撑，热膨胀时盘管可在抱箍内滑动以释放热应力。

由于炉内温度变化较大，经过长期使用后，蛇形盘管抱箍产生的变形及管子外壁积垢等对盘管的滑动产生阻碍，使其在高温下产生的热应力无法释放，改变了结构的热应力分布。

受蒸汽压力波动、盘管积垢受热不均、过热器升温不均匀以及升温过快等因素的影响，可造成设备的失效。

盘管与集箱管连接处的结构见图１。

这种结构限制了盘管热应力的释放［１］。

对该结构进行的有限元分析表明，在盘管与集箱管的角焊缝有多处应力接近甚至超过材料的许用应力，最大处应力达到４００ＭＰａ，远大于１５ＣｒＭｏ在３５０℃时的许用应力（１３５ＭＰａ）。

收稿日期：２００７—０９－２５作者简介：陈玮栋（１９７０一），男，上海人，工程师，学士，主要从事各类化工设备与机器的安装调试、检修以及各类常压设备的制造工作。

　万方数据第２期陈玮栋：锅炉过热器改造厂。

‘、娑√、集箱管图１集箱管结构示图２材料和焊接该过热器盘管材质为ｏＣｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ，集箱管材质为１５ＣｒＭｏ。

从设备的使用温度和使用压力来看，选材是合理的，但由于０Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ是奥氏体不锈钢而１５ＣｒＭｏ是珠光体钢，二者进行焊接时难免会产生缺陷使设备的可靠性下降。

相关资料表明，这两种钢焊接易出现焊缝金属稀释和碳扩散迁移，其焊缝塑性较差，可使高温性能下降，因此一般要避免珠光体和奥氐体的焊接，如不可避免应采用过渡段。

据此将集箱管材料改用０Ｃｒｌ９Ｎｉ９后，仍出现失效。

分析认为，奥氏体不锈钢的热膨胀系数大而导热系数小，焊接时极易产生微小热裂纹，在焊接较厚的或壁厚差异较大的零件（集箱管的壁厚为１０ｍｉｌｌ，盘管的壁厚为３．５ｒａｍ）时会产生较大的收缩应力，在金属凝固时易出现热裂纹。

在奥氏体不锈钢的焊缝中，除了会析出碳化物外，还会析出中间金属化合物，使钢材脆化，因此要进行固溶处理，但现场施工不具备这样的条件。

所以虽然是奥氏体同种钢焊接，但焊接质量不能保证。

此外集箱管开孔较密，焊缝间距小，焊接应力相互叠加，更容易出现开裂等失效现象‘扪。

３改造３．１材料更换根据以上分析结果和工厂的实际情况，考虑到过热器的压力、温度都不很高，将出口集箱管的材料改为２０９。

出口集箱管选择２０９可避免奥氏体钢和珠光体钢焊接及其焊接时产生的焊接缺陷，此外，２０９的焊接工艺也比较成熟，焊接所需的必要条件也较简单。

但２０９在３５０℃左右时的屈服强度比１５ＣｒＭｏ低［３］，因此改造时将集箱管的壁厚从原来的１０ｍｍ增加到１２ｍｍ［４。

３．２结构改造为了释放蛇形盘管受热后产生的热应力，在蛇形盘管与集箱管接头前增加了膨胀弯，见图２。

考虑到盘管材质是ｏＣｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ而集箱管材质选用了２０９，为了避免现场异种钢焊接，膨胀弯材质也采用了２０９，并在膨胀弯前增加一段０Ｃｒｌ９Ｎｉ９的钢管作为过渡段。

在制作出口集箱管时，事先将过渡段焊在膨胀弯上，这样现场焊接就变为奥氏体不锈钢的同种钢焊接。

由于盘管直径小、壁厚薄、薄膜应力小，所以出现热裂纹的可能性大为下降。

经有限元分析，膨胀弯结构的角焊缝处应力明显下降，３６根蛇形盘管的接头应力无一超出许用范围，较原来的结构合理。

图２改造后的集箱管结构示图３．３角焊缝坡口形式原来的角焊缝采用全焊透结构，见图３。

这是一种常见结构，其综合性能较好。

但这类焊缝热影响区大，对焊工的要求高，安装位置不易保证，易产生安装应力。

改造时采用了一种较新的不焊透结构，见图４。

该结构安装定位好，盘管与集箱管接触良好，应力集中程度低，抗疲劳能力强。

菹毖艚一一～ｌ……………………』；图３原角焊缝坡口示图４结语该过热器改造之后运行良好，但仍存在着一些『１　万方数据第３７卷第２期２００８年３月石油化工设备ＰＥＴＲＯ－ＣＨＥＭＩＣＡＬＥＱＵＩＰＭＥＮＴＶ０１．３７Ｎｏ．２Ｍａｔ．２００８文章编号：１０００一７４６６（２００８）０２—００８２－０４制氢转化炉炉管下法兰开裂失效分析王强（中国石油兰州石化分公司炼油厂，甘肃兰州７３００６０）摘要：对制氢炉管下法兰在使用２ａ后出现裂纹的原因进行了综合分析，结果表明，①该法兰选材不当。

②该法兰材质成分不符合标准规定，冶金质量低劣。

③法兰裂纹属连多硫酸应力腐蚀所致。

关键词：转化炉；法兰；裂纹；连多硫酸应力腐蚀中图分类号：ＴＥ９６３文献标志码：ＢＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＣｒａｃｋＦａｉｌｕｒｅＯｃｃｕｒｒｅｄｉｎＦｌａｎｇｅｏｆＦｕｒｎａｃｅＰｉｐｅｉｎＨｙｄｒｏｇｅｎＲｅｆｏｒｍｅｒＷＡＮＧＱｉａｎｇ（ＲｅｆｉｎｅｒｙｏｆＬａｎｚｈｏｕＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏ．，ＣＮＰＣ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００６０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｏｌｙｔｈｉｏｎｉｃａｃｉｄｓｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃｒａｃｋｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎｆｌａｎｇｅｏｆｆｕｒｎａｃｅｐｉｐｅｉｎｈｙｄｒｏｇｅｎｒｅｆｏｒｍｅｒａｆｔｅｒｉｔｈａｄｂｅｅｎｕｓｅｄｆｏｒｔｗｏｙｅａｒｓ．Ｂｙａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｒｅｅｐｒｏｂｌｅｍｓｈａｖｅｂｅｅｎｆｏｕｎｄｏｎｔｈｅｆｌａｎｇｅ：ｗｒｏｎｇｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｎｏｔｃｏｉｎｃｉｄｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄａｎｄｐｏｏｒｑｕａｌｉｔｙｏｆｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｆｏｒｍｅｒ；ｆｌａｎｇｅ；ｃｒａｃｋ；ｐｏｌｙｔｈｉｏｎｉｃａｃｉｄｓｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎ某制氢转化炉为立式炉管，物料上进下出，转化炉管内工作介质为水蒸气、天然气、Ｈ。

、ＣＯ以及ＣＯ：的混合物，下法兰部位物料为反应后的Ｈ。

、ＣＯ和ＣＯ。

，天然气进炉前经脱硫、脱水和脱盐后与水蒸图４不焊透结构角焊缝坡口形式不足和隐患：①增加膨胀弯后现场集箱管到过热器箱体的距离没有变化，使现场施工检修的空间变得很小，施工难度大，增大了今后检修的难度。

②过热器的内部蛇形盘管没有更换，其内部的应力环境并未改善，在以往的检修中蛇形盘管曾多次修补过，所以蛇形盘管的可靠性不高。

③在这次改造中，为了节约材料，利用了按原来的结构已经预制好的集箱管，使得膨胀弯的结构太复杂，焊缝多，制造难度大，可靠性较低。

该过热器存在的问题应给予足够重视，在有条件的情况下应进行彻底改造，以消除安全隐患。

参考文献：［１］林宗虎，徐通模．使用锅炉手册［Ｍ３．北京：化学工业出版社，１９９９．［２］曾乐．现代焊接技术手册ＦＭ］．上海：上海科学技术出版社，１９９６．［３］ＪＢ／Ｔ（１６０９～１６２０）－－９３，工业锅炉标准［Ｓ］．［４３ＧＢ／Ｔ９２２２－－８８，水管锅炉受压元件强度计算Ｅｓ］．（杜编）收稿日期：２００７－１０－１８作者简介：王强（１９６７－），男，甘肃敦煌人，助理工程师，现从事压力容器设备管理工作。

　万方数据锅炉过热器改造作者：陈玮栋， CHEN Wei-dong作者单位：上海华谊丙烯酸有限公司,上海,200137刊名：石油化工设备英文刊名：PETRO-CHEMICAL EQUIPMENT年，卷(期)：2008，37(2)引用次数：0次1.林宗虎.徐通模使用锅炉手册 19992.曾乐现代焊接技术手册 19963.JB/T (1609～1620)-1993.工业锅炉标准4.GB/T 9222-1988.水管锅炉受压元件强度计算1.期刊论文严鸿彬.徐荻萍一台锅炉的蒸汽过热器爆管原因和预防对策初探-工业锅炉2002(6)介绍一例SZL20-2.5/400-AⅢ锅炉蒸汽过热器爆管的事故原因和预防对策.2.期刊论文张晓东.杨自春对某型增压锅炉过热器热特性计算方法的修正-海军工程大学学报2004,16(4)结合高增压锅炉蒸汽过热器管束中传热的计算方法和某高增压锅炉蒸汽过热器的结构特点,建立了该蒸汽过热器管束传热的数学模型,并对该过热器热特性的计算方法进行了修正,最终通过计算得到了该过热器后的烟气温度分布.3.期刊论文严祯荣.杨茉.张建立两台油气锅炉蒸汽过热器爆管原因及技改-能源技术2003,24(4)对两台由燃煤锅炉改造的油气锅炉频繁发生的过热器爆管事故原因进行分析,并提出相应的技改方案.实施技改后,达到了连续运行5年不再发生类似事故的良好效果.4.期刊论文陈志伟锅炉蒸汽过热器爆管原因分析及整改措施-安全、健康和环境2004,4(1)针对锅炉过热器管在运行中常见的过热爆管问题,从原理及运行工况的角度进行分析,并提出了有效的隐患整改措施,保证了锅炉的正常运行.5.期刊论文陈玉瑞.历彦君预防蒸汽过热器管烧损和爆裂的措施-工业锅炉2004(3)针对某厂不同型号锅炉过热器,采取不同的有效措施,防止了蒸汽过热器管烧损和爆裂事故的发生.6.期刊论文张福君.张明宝.Zhang Fujun.Zhang Mingbao蒸汽过热器设计改进措施和制造要求-锅炉制造2006(1) 简介蒸汽过热器的结构和作用,通过对蒸汽过热器的存在的具体问题,从不同的角度分析原因,针对性地进行相应的改进设计,并指出制造过程中的要点和难点.7.学位论文张晓东舰船主锅炉蒸汽过热器管壁温度计算方法的研究1998中国人民解放军051主锅炉蒸汽过热器管壁温度计算方法至今仍沿用原苏联的计算标准.该文作者吸收了国内许多学者与工程技术人员近年来对过热器并联管组的流量偏差和热偏差及其管壁温度计算方法研究的新的理论成果,结合中国人民解放军051主锅炉蒸汽过热器的实际情况,从并联管组中沿集箱长度的静压分布规律出发,着重研究了051主锅炉蒸汽过热器并联管组的流量偏差.在此基础上,作者重新探讨并修正了原苏联过热器管壁温度的计算方法.最后,作者运用新的计算方法,成功地解决了过热器已经达到堵管极限的051主锅炉如需继续运行所能使用的工况问题--这是基层部队迫切需要解决的一个问题.该论文的研究成果具有较大的实用价值.8.期刊论文马东华.石玉博.Ma Donghua.Shi Yubo蒸汽过热器制造中的几处关键工艺-锅炉制造2006(2)蒸汽过热器在制造过程中的几处难点以及工艺保证技术要求所采取的措施.9.期刊论文吴世伟.宋祥春.杜宁中压蒸汽过热器管箱堆焊及组装工艺研究-锅炉制造2004(3)着重介绍了渭河大化工程中的关键设备中压蒸汽过热器管箱堆焊和组装工艺.10.期刊论文王建江电站锅炉蒸汽过热器爆管的原因初析与预防措施-科技资讯2007(9)通过对锅炉的水处理及过热器的流量分配、热偏差、壁温等因素分析,找出锅炉运行过程中发生过热器管爆管的主要原因,并列举一些预防措施.本文链接：/Periodical_syhgsb200802024.aspx下载时间：2010年5月6日。