再沸器失效原因分析及对策.pdf

齐鲁石油化工,2012,40(3):268-270
设备与防腐
QILU PETROCHEMICAL TECHNOLOGY
再沸器失效原因分析及对策
于维国
中国石化催化剂北京奥达分公司,北京101111
摘要:通过对腐蚀管束加工过程、加热介质、焊鏠金属碳含量等因素进行分析,初步判断再沸器管束失效是由碱脆
造成的,采取改善加工工艺、控制水质及定期清洗检查等措施后,延长了己烷塔再沸器的运行周期。
关键词:换热器碱脆锅炉水
中图分类号:TQ051.5文献标识码:B文章编号:1009-9859(2012)03-0268-03
1问题的提出
器换热管、管板化学成分列于表2。从表2可以
再沸器是某公司含己烷母液回收单元的关键看出,焊缝和热影响区的金属含碳量正处于碱脆
设备,主要作用是通过壳程0.65MPa的蒸汽加热发生区间。碱脆是造成再沸器管头及管板联接处
作用,使管程中的催化剂母液(含四氯化钛和己破裂失效的主要原因。
烷等)中的己烷气化,从相连的塔顶采出。再沸
器的主要技术参数见表1。
表1再沸器主要技术参数
参数
管程进、出口温度/
115、120
壳稈进、出温度/℃C
165、148
管程工作压力/MPa
0.4
売程工作压力/MPa
壳程介质
管程介质
己烷、精四氯化钛
换热管材质
钢
换热器管板材质
图1再沸器失效情况
16MNR
换热管及管板连接方式
姑胀+强度焊
2.2加工过程
该再沸器2002年11月投入正常运行,累计
该再沸器管子与管板采用贴胀+强度焊的施
运行40个月后,管程物料带水,再沸器管束可能工工艺。对泄露的换热管更换过程中发现换热管
发生泄瀨。打开再沸器设备封头后,发现管板中与管板之间没有完全贴实,存在1mm的间隙。
部换热管管头焊接处有一根焊肉及热影响区破随着再沸器的长期使用,为碱性物质(锅炉水软
裂,造成泄漏。因泄漏后四氯化钛遇水反应形成化处理过程中加入钠盐,使水中含有NaOH)在管
盐酸腐蚀,原始形貌已经有所破坏,但仍能看出是子与管板之间浓缩富集产生了条件;焊接残余应
由裂纹扩展造成的失效。失效情况见图1。
力及设备使用过程中的温差应力的叠加,使焊缝
金属承受较大的成力。由此可知,加工过程中的
2失效原因分析
2.1换热管、管板化学成分
收稿日期:2012-06-07。
作者简介:于维国(1971-),男,工程师。2008年毕业于中
碳含量0.01%~0.25%的碳钢容易产生碱
国石油大学机械设计制造及其自动化专业,现在中国石化催
脆,大于或小于此范围时都难发生幟颱。再沸
化剂北京奥达分公司工作。电话:010-81502053
第3期
于维国.再沸器失效原因分析及对策
贴胀质量差和应力集中使该再沸器具备了破性物
由图2可知,当溶液中的NaOH质量分数大
质富集、应力集中两个发生碱脆的必须条件。
于5%时,在相应的温度以上,碳钢均可发生碱
脆。而该再沸器的売程实际运行温度在160℃左
表2换热管及管板材质分析數据
%
右,这为碱脆提供了温度条件。
项目
实际值
标准值
换热管
3碱脆的腐蚀机理及分析结果
0.17~0.24
碳钢在碱液中产生碱脆的机理:管板与管
w(Mn)
0.48
0.170.37
头处的焊肉及热影响区金属,在温差应力特别是
0.01
≤0.035
焊接残余应力的作用下,材料的晶格结构发生扭
0.019
≤0.035
曲,产生变形而降低了该部位的电位。当它们与
≤0.2
碱液接触时便构成腐蚀电池而造成电化学腐蚀。
≤0.25
存在应力的焊缝区成为阳极而加速腐蚀,应力越
管板
1(C)
0.17
≤0.20
大,所形成的腐蚀电池的电位差越大,腐蚀越厉
1.2~1.6
害。生成物中的Na2feO2为可溶性铁酸盐,不会
0.2~0.6
在焊缝区形成保护膜,故该反应会不断进行,在应
u(P
0.018
力的作用下,焊缝区金属最终会产生裂纹,形成开
(S)
0.019
≤0.04
裂
通过对碳钢在碱液中产生碱脆的机理以及再
2.3换热介质
沸器的加工质量、工作介质等方面的分析,可得出
该再沸器为己烷蒸汽发生器,壳程介质为蒸再沸器失效的原因:锅炉水处理过程中添加了
汽。锅炉水水质分析结果见表3
NaCl,并且pH值达到了14,使水中含有NaOH,随
着蒸汽的流动带入己烷塔再沸器,因为部分管头
表3锅炉水水质分析结果
胀接有间隙存在,使游离NaOH得以在间隙内富
项目
水硬度/
H
碱度/
mmol?L
(25℃)(mol?L-1)
集,随着使用时间的延长,浓度达到碱脆条件;148
标准值
<0.03
10~12
165℃运行温度,管板与管头处的温差应力和
实际值
0.0
14
37
焊接残余应力登加造成再沸器管板接头承受较大
的应力。
由表3可以看出,锅炉水的pll值和碱度都
超标,这为碱脆的发生创造了条件。据资料显4采取的措施及效果
示2,在碳钢一碱性溶液体系中,碱性物质浓度
(1)改善加工工艺
越高,破裂敏感性越强,临界破裂温度越低。图2
采用胀+焊+焊的加工顺序,即先进行强度
反映了温度和NaOH质量分数引起碳钢发生碱脆胀,经试压无泄漏后,进行弧焊打底,后手弧焊
的范围。
盖面两道焊接。这样既解决了胀接质量无法检验
的难题,又解决了管板处角接接头H值(焊肉深
度)偏低的缺陷。施焊前进行预热,预热温度不
小于50℃,采用氩弧焊打底,尽量减小焊接线能
应力腐蚀开裂区
量,从而降低焊缝区的残余应力。
2)控制水质
严格控制锅炉水pH值在10~12,可以有效
防止酸、碱腐蚀。偏低时,加碳酸钠、磷酸钠、氢氧
0)2304560)18()
化钠等碱性药剂;偏高时,加亚僯酸、硫酸铵等药
NaOH质量分数,
剂
图2碳钢在NaOH溶液中的应力腐蚀开裂区
3)清洗及检査。