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    二制氢装置E502A换热管开裂分析及对策.pdf

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    二制氢装置E502A换热管开裂分析及对策.pdf

    第43卷增刊1 2O14年8月 石油化工设备 PETRICHEMICAL EQUIPMENT Vo1.43 Supplement 1 Aug.2014 文章编号100074662014增刊i-007304 二制氢装置E502A换热管开裂分析及对策 苏同君,苏楷然 中国石化石家庄炼化分公司,河北石家庄050099 摘要针对二制氢装置E502A热交换器使用中存在的换热管焊缝、换热管开裂泄漏问题,分析了故 障产生的原因,并提出了相应的解决措施,保证了热交换器长周期平稳运行。 关键词热交换器;换热管;开裂;分析;措施 中图分类号TQ051.5;TE965 文献标志码B doi10.3969/j.issn.10007466.2014.s1.022 Cracking Analysis of E502A Heat Exchange Tube of Two Hydrogen Production Device and Its Countermeasures SU TonIg-jan,SU KaiFan Shijiazhuang Refining&Chemical Company,SINOPEC,Shijiazhuang 050099,China AbstractAiming at the two hydrogen production device of E502A heat exchanger pipe weld, heat leakage problem existing in the use of cracking tube,the causes of the failure was analyzed, the corresponding measures to solve were put forward to ensure the longterm stable operation of heat exchanger. Key wordsheat exchanger;heat exchange tube;crack;analysis;measures 中国石油化工股份有限公司石家庄炼化分公司 二制氢装置中的ES02A是中变气与除氧水热交换 器,型号BIU7003.07/4.8953/19-2。其管程介质 为中变气,设计压力为3.07 MPa,工作压力为 2.79 MPa,人口设计温度435℃,入口操作温度 429。C,出口温度185。C;壳程介质为除氧水,设计 压力为4.8 MPa,工作压力为4.4 MPa,入口温度 155℃,出口设计温度为276。C,出口操作温度 256。C。其中,管程入口操作温度380~410℃,壳程 出口操作温度230~260。C,壳程出口压力 4.0 MPa。管板材质为15CrMoTP3474 mm,换热 管材料为0Crl8Nil0Ti,换热管与管板连接采用强度 焊加贴胀方式,焊后进行热处理。 二制氢装置结构见图1。图中中压汽水分离器 V507介质为饱和蒸汽、水,中变气第一分水罐V504 介质为中变气、水,中变反应器R503介质为转化气, E5O2A/B为锅炉给水第二预热器,E503为锅炉给水 第一预热器。 图1二制氢装置结构示图 1 E502A使用中存在问题 二制氢装置自20090523投用至20100707 收稿日期20140406 作者简介苏同君1964一,男,河北辛集人,工程师,主要从事石油化工设备和工程的管理工作。 汕 化 [ 改 箭 2O1 1{F 第43卷 机J 运行109 d f E5O2八进行修复后阿次投入 使用。2O1 l 0 1将E502A管束更换为新管束1, 2l26将该管求l卜测至E502B,将E502A管束 换为新僻束2。2O1 3一O5,E5O2A管束2 I1|有十多 4士换热管 距僻头约loo ini11处管板厚l 28 rnm 发,1i 裂.对其进 修复。 统汁lIJ‘知.竹 1 E502A中运行丫l3个月. E502B中运{ J l 1个』1, 运行9t个月.在此 l9】 进行液 试验 ‘完好无泄漏。管束2在 E502八rt 运行r 11个』1,停_r I J,l发现泄漏。对管 进 修复时,发脱 分管 裂纹出现 换热管『大J 侧尉 管 {~51 mIIl处. 大部分管束管头贴胀p 内Ⅲ现多处裂纹。『司时存在I 1色痕迹。 2 E502A换热管开裂分析 2.1 换热管材料化学成分 换热伢材料为OCrl8Ni1Ti,属于 氏体型小 锈铡. Ij 1 3296 2007{锅炉、热交换器用不锈钢兀 缝俐管。干u JIj l728 200 力 器用不锈钢锻 件 规定的L、rl 8Ni10Ti铡化学成分见表1。埘 换热僻材料任意2个位置取样进行化学成分分析. 结果 丧2。 表1 文献[1.2]规定的0Crl8Nil01’i钢化学成分 l和 2 IIJ‘以吞fjj,换热管材料符合文献 ㈠.2]规定的、rl}{N|lTi化 成分标准。 2.2 换热管材料金相组织 对换热管 p,‘ ‘和外表面抛光,然后浸蚀,观 察 剑的金相ette,.1 2。 通过对换热管壁厚方 以及外表 未浸蚀和搜 蚀条什 金相组织的观察 lI以吞 .陔换热管组织 为奥氏怵 织,换热管材料1人J 分印荷大最黑色火 杂物,这种大戢的央杂物是 陔仔存的,足引起 裂的 【凡j。 蘸 “抛光术没蚀{ 方向 f】浸蚀 换热竹 方向 c抛光术泌蚀外捉阿 d浸蚀后外夜向 图2换热管金相组织图10 2.3 换热管裂纹断口分析 观察换热竹断【】,支断口附近宏脱肜貌呵以 行 .裂纹沿竹换热铃环 裂, 轴 垂 , }l1.换热铃 裂 上没有减薄,为脆性 断裂。 断rI表面订 色瓴化物.换热管断U附近内、外 彳rh色物质。 采川描电镜观察断【_l微观形貌I冬1 3。口f以 行刮断【I表面的瓴化物上仔在很多微小的裂纹。应 该是裂纹枝权的源点。断【J为沿品断裂,住边界有 品界析}n.断【_1彤貌呈冰糖状颗粒。_『{} 方向,意 近断I_I外表面存在较厚的铽化 . 部氧化层有玎 裂、剥落现象,靠近内表面儿 没有氧化, 此裂纹 是从外表面向内表面逐渐开裂的。 2.4 裂纹表面能谱扫描分析 xl『裂纹附近断LJ产物进行SEM扫描电镜化学 成分分析,结果见表3。采ffj El MA探针对断口产 物进行能谱分析.结果见表4及图4。 增I1 }j同君,等-.■制 装置E5/2A换热管歼裂分析及对策 I1 近内是 20f1 【】, 近外 500 3换热符断门微观彤貌 m SEM 描电镜和EPMA探针对断口产物进 2.5 壳程除盐水水质 行能if平分析的结果可以看出,断口附近小存 氯离 E52壳程介质为除盐水,除盐水质 小好,pH 子,断裂小是“1氯离子应力腐蚀引起的。 值偏高,2o13年pH值合格率只彳『5 。分析管板 表3断口产物SEM扫描电镜分析结果 鲞 望 馕分数 25.20 0.35 2.85 1.64 42.30 1.12 0.66 25.88 I 。 近iq 1 断I 1 J 物 MA 计分忻 粜 外侧结 物.发现仔 二氧化硅、镁离子、钙离子,认 况恶劣,操作温度高.存在』r6部汽化的情况。在操作 为址除盐水所禽物质。 过程及没箭丌、停机过程叫I.供水I_}及『fI变气温度波 壳 介质除盐水呈弱碱性.可在管板汽化部化 动.会刈‘汽化部位产生影响。僻 修复ii,1‘,发现管板 千缝隙处 生浓缩,应力作用下会产牛碱腐蚀,jl发 处、贴胀处都存 裂纹.也仃 力腐蚀。ES02A 外裂i 一。 的介质温度比ES02B的高,汽化振动大。ES02A和 2.6 工 操作 E502B为 一厂家牛产的产I .介质温度较低的 所仃泄漏都发,t- E502A管束上 部,此处 E502B术发 裂纹.且断裂只发,卜 僻求管板 管 76 石油化工设备 2014年第43卷 子贴胀处。 换热管断裂部位与管板相距100~150 mm,该 位置正处于流体扰流流动比较剧烈的部位,会因腐 蚀疲劳引起脆性断裂E4]。换热管断裂部位附近的温 度应力、机械载荷应力可能会出现较大峰值,这是引 起换热管断裂的主要原因_5]。 3解决措施 1201305将E502A返厂检修,打磨管头,退 出所有换热管。根据换热管断裂位置,在距管头约 100 miTl处将全部换热管切掉200 mm,按原有工序 重新装回换热管,焊接、焊后热处理后继续使用 ]。 2加强制氢装置的工艺操作管理,改善换热管 工艺操作条件。 3严格控制除盐水的pH值,保证除盐水的供 给质量 。 4重新制作热交换器管束,保证换热管材质质 量。采用增加防冲板、改变折流板型式、管板上加减 应力槽等方法对热交换器结构进行改变,以减小热 交换器壳体内换热过程中流体的剧烈扰动,避免在 局部产生过高的温差应力和机械应力[8 io]。 5改机械胀接为抗振更好的液压胀接,避免局 部冷作硬化[1 。 4 结语 E4] [5] [6] [7] [8] [9] 针对二制氢装置E502A热交换器使用中存在 的换热管焊缝、换热管开裂泄漏问题,从化学成分、 金相组织等方面分析了故障产生的原因,并提出了 相应的解决措施,采用文中所述解决措施从根本上 解决了换热管断裂问题,保证了热交换器长周期平 稳运行。 r1o] 参考文献 [1]GB 13296 2007,锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管 Is]. GB l3296 2OO7.Seamless Stainless Steel Tuhes for Boiler,Heat Exchanger[S]. [2]Jg 4728 2000,压力容器用不锈钢锻件[s]. JB 4728 2000,Stainless Steel Forgings for Pressure r11] Vessels[S]. [3]徐晓刚,郑建国.化工腐蚀与防护[M].北京中国石化 出版社,201154. XU Xiaogang,ZHENG Jian guo.Chemical Corrosion and Protection[M].BeijingChina Petrochemical Press Co.I td.,201154. 中国石油和石化工程研究会.炼油设备工程师手册 [M].北京中国石化出版社,2010213. China Petroleum and Chemical Engineering Institute. Refining Equipment Engineers Handbook[M].Beij ing China Petrochemical Press Co.Ltd.,2007213. 林玉珍,杨德钧.腐蚀和腐蚀控制原理[M].北京中国 石化出版社,2007181. LIN Yuzhen,YANG Dej un.Corrosion and Corro sion Control Principle[M].Beij ingChina Petrochemi cal Press Co.I td.,2007181. 兰州石油机械研究所.换热器中册[M].北京中国 石化出版社,1993121. Lanzhou Petroleum Machinery Research Institute. Heat ExchangerVolume 2[M].Beij ingChina Petro chemical Press Co.Ltd.,1993121. 中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院.炼 油装置防腐蚀策略[M].北京中国石化出版社,2008 136. 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