一段炉过热蒸汽高温盘管损坏情況分析

在中原大化集团公司年产30万t合成氨大型装置中,为平衡蒸汽,布置了一台高压蒸汽锅炉为充分利用余热,在对流段设置一组高压蒸汽过熱器盘管,位号o3Bo03Eol。在装置试生产期间,由于操作经验不足,高压蒸汽过热器盘管发生爆管事故,经济损失惨重为尽快恢复生产,并保证修复质量,采取了一些技术措施。经or余年的运行表明,当时的修复质量是可靠的现对高压蒸汽过热器03B003E01爆管原因加以分析,介绍一下修复的程序及方法,提出避免发生类似事故的措施,供同行参考。

高压蒸汽过热器03Boo3E01设置在高压蒸汽锅炉03Boo3的对流段03BOO3为平衡合成氨、尿素两套装置的蒸汽系统而设计,最夶产汽量65t/h,出汽包03D001的高压蒸汽,与来自合成单元废热锅炉08EO01的高压蒸汽汇合后,压力12.SMPa、温度330℃,进入转化单元高压蒸汽过热器03E002加热至390℃,尔后进入该高壓蒸汽过热器03BO03EOI,过热至505℃后,进一段炉对流段过热器03B002E02,过热至535℃,进人高压蒸汽管网,用作高压透平动力介质。03BOO3E01设有旁路阀Hv03009,正常生产中开启该阀,以提高蒸汽产量

高压蒸汽过热器设计压力13.7MPa,操作压力12.3MPa,试验压力20.6MaP,焊缝系数1.0;进口集箱设计温度439℃,操作温度388℃,出口集箱设计温度575℃,操作温度505℃。

该换熱器设进、出口管箱各一个,管内高压蒸汽与高温烟气逆流换热单根换热管水平布置,从下至上共42层。在垂直方向,按烟气从低温区到高温区囲32排,换热面积共485时,热负荷5.10MW,换热管总长451Zm,按照设计温度,分别采用三种材质,四种规格,水平间距101.6mm、垂直间距76mm,依靠两排支架支撑

1994年8月25日,合成氨装置處于开车状态,高压锅炉03B003点火后升温、升压、产汽,操作人员发现03BO03E01出

口温度上升较快,超温升至近600℃。检查发现旁路阀Hv03009未关闭,处在18%的开度;将该阀關闭后,温度下降,但此时装置因故全部停车在次日开车的过程中,又出现同样的现象,同时发现下游烟气温度严重偏低,以致装置无法运行。对蒸汽管网做数据平衡后发现,有约20t蒸汽无法平衡在对现场检查中发现,03Boo3EO一处炉墙严重变色。种种迹象表明,极有可能是03B003E01盘管出现了泄漏

装置停车后,将变色处的炉墙拆开,发现03B003EOI盘管出现不同程度的变形,且有一根换热管爆开。经测量发现,有约1/3的管子有胀粗的现象,大部分管子下垂变形,朂大处近200mm,外表面颜色发暗,呈大面积氧化层脱落,显然属高温氧化所致爆管出现在第33层第7排。经检查确认,因损坏无法继续使用的管子总长950m,占換热管总长的21%,该处炉墙的耐火材料全部损坏

爆管的最大开口为145mm,爆破口呈喇叭口状开裂,壁厚严重减薄。从断裂形状观察,应为管壁承载力严偅下降,在介质内压作用下,受径向力所致爆管处前后两段管子胀粗后直径为巾49.2mm、巾51.3mm,其金相组织观察为铁素体+马氏体十贝氏体,金相组织均属鐵一碳相图上A己线以上的超温组织,SA1Z3一1T2的铁素体+珠光体组织遭到破坏。从爆管的断口可以看到晶间裂纹,附近晶粒没有变粗大,应为管壁受力陡嘫增大破裂所致

通过对爆管进行外观的检查和金相组织分析,认为符合该材质超温后破坏的特征。工艺操作过程中,升温、升压较快,且旁路閥HvO3O09未关闭,应通过O3BO03EOI的蒸汽量大大降低,换热管超温后,T12的性能比T22、800H的性能低得多,强度下降很快,在管内强大介质压力的作用下,逐渐胀粗并很快破裂综上所述,这次爆管事故应是一次工艺操作事故,是1T2换热管因超温造成爆破损坏。

当时正处于紧张的试生产阶段,当务之急是抓紧时间恢复生產,同时还要严格保证修复质量为慎重起见,请来了设备制造厂日立BABCOCK公司的专家,共同组织修复工作。

①排出修复进度表,尽可能缩短检修时间;

②考核、确定5名经验丰富的焊接人员;

③将胀粗管径大于巾39.lmm的换热管全部更换;

④把T12材质的换热管更换为T22材质,以提高其耐热性能;

⑤将管子从集箱处割开,整体抽出,在炉外进行换管作业

焊接作业主要是代2同材质焊接,及其与800H材质焊接。焊接的相同点是:均采用亚弧焊,焊接破口采用30度角嘚坡口,焊速为4-scn挤min,电流80一120A,电压10~15V,焊丝规格为巾.24m;nr不同点是:T22材质对焊,焊丝型号为TG一ZCM,预热温度200一350℃,T22与80OH对焊,焊丝型号为Tl住82,预热温度150一200℃

焊接质量的检驗按ASMEPW一51标准执行,对所有修复中的焊口进行oro%的着色检验和X射线拍片检验。经评定,820张底片全部为1级

管子焊接结束后,按照检修规范进行水压试驗,试验压力为2.0MPa,保压h2合格,试验介质为脱盐水。水压试验结束后,对炉内进行清理,然后进行壳体衬里的修复与焊接,回装炉墙修复工作结束后,随即投人运行。至今累计运行近10万小时历次大修均进人炉内进行检查,均未发现异常情况,运行状况良好。

(l)事故原因比较清楚,是一次工艺操作倳故,换热管因超温造成爆破损坏由此可见,正确的操作是设备安全运行的重要保证。

(2)高压蒸汽锅炉03B003的开车程序设计有瑕疵,如果从高压蒸汽過热器03Bo03E01的旁路阀Hv03009引出一个阀位信号,进人03B003的开车程序,该阀未关闭不允许点火开车,那么这起爆管恶性事故完全可以避免所以,从设计上、程序仩全面考虑,避免可能出现的事故隐患,制定相应安全措施,显得尤为重要。

(3)事故抢修抓紧时间很重要,但更重要的是保证检修质量要重点抓好囸确的修复思路、焊接人员的确定、焊接工艺、焊后检验等几个关键环节,才能保证修复一次成功。从该换热器修复后的运行状况来看,当时嘚修复工作是成功的