油浆蒸汽发生器内漏原因分析及对策

摘要：文章介绍了某炼油厂重油催化裂化装置油浆蒸汽发生器在开工过程中，管程侧管板和管接头焊缝开裂并发生泄漏，从换热器的设计、制造工艺及生产运行工况进行了原因分析，通过更换换热管材质和改变相应制造工艺后，取得了良好的效果。

关键词：油浆；蒸汽发生器；换热器；管束；管板；材质；内漏

中图分类号：TE966　　　　　文献标识码：A　　　　　文章编号：1009-2374（2012）23-0078-02

1　概述

某炼油厂重油催化裂化装置，处理量为350万吨/年。装置内设置了4台油浆蒸汽发生器，均为釜式换热器，设计为开3备1，型号为BKT 1850/2700-3.65/4.7-801-6/25，换热管材质为0Cr13，管板材质为16MnR（堆焊18-8不锈钢），设计要求运行管程线度为1.2～1.7m。自开工运行半年后，发现管程油浆出口温度有明显上升，且产汽量明显下降，运行管程线速为0.9m/s，切除1台拆检，发现管板和管束焊接、胀接部位出现开裂和内漏。

2　泄露原因分析

油浆蒸汽发生器出现泄露故障的情况比较常见，在催化装置中，油浆蒸汽发生器属易损设备，与普通换热器相比，其操作工况十分苛刻，管程油浆温度高、温差大，油浆所携带催化剂细粉易附着管壁或堵塞，壳程汽水混合物压力高又有相变，这种工况对设备造成的影响通常有以下几个方面：相变引起管板和管子的热疲劳；温度高、径向温差大而使管接头产生较高的轴向应力、管板产生较高的径向温差应力；相变及介质流动引起的机械振动；油浆附着管壁或堵塞造成附加温差应力；操作条件波动如压力、温度变化（特别是温度的骤然变化或壳程水的骤然蒸发）、液面的波动等更会加剧温差应力和热疲劳的影响。针对该公司的蒸汽发生器，其损坏的原因主要是热应力交变载荷引起的疲劳损坏，损坏的形式主要为管程侧管板和管接头焊缝的开裂，只要有相变传热，这种疲劳损伤就无法

避免。

从结构设计方面，采用BKT（釜式）结构，管束完全浸没于液面以下，从理论上分析，在减缓热应力交变载荷引起的疲劳损伤方面应该比BJS（普通型）有所改善，管接头采用强度焊加强度胀，以避免振动对焊缝的影响，分担管束因膨胀差产生的轴向力，同时避免可能的间隙腐蚀。

以现场实际情况看，漏点大都出现在固定管板上，经表面着色检查，除裂纹外发现有气孔。从壳程侧观察管子与管板的贴合情况，发现多处间隙较大，个别用细铁丝能插入200mm深，说明胀接有缺陷，这种情况下管子的振动叠加热应力交变载荷和焊缝残余应力，极易使管接头发生裂纹。

由于该公司的工艺包采用了国外的先进理念，该油浆蒸汽发生器设计含硫量为0.95%，其认为换热管材质应采用0Cr13，主要考虑避免高温硫腐蚀的破坏，但实际上对于疲劳开裂意义不大。0Cr13材料的生产和用同材质的铁素体焊条焊接是一项技术难题，极易产生裂纹，这种焊接在高温和有疲劳的工况下是很不利的，国内设计理念一般倾向于选用碳钢或18-8不锈钢。

3　解决措施

3.1　生产工况运行调整

尽量在操作运行方面减少温度的波动，避免温度的骤然变化和壳程水的骤然蒸发；减少液面的波动，避免液面低于规定的最低液位；尽量保持循环油浆泵处于额定运行工况，切忌循环油浆泵流量频繁变化，以此保证油浆管线及油浆系统换热器管程线流在合理范围内，防止油浆附着管壁或堵塞管子；可通过适当降低分馏塔底温度的方法来降低油浆蒸汽发生器的有效传热温差、降低取热负荷来适应低加工量工况，从而保证蒸汽发生器管程线速在该工况下仍处于较合适的范围。

3.2　更换管束材质

换热管可改用20#冷拔管（GB9948）或18-8不锈钢。国内一般采用20#冷拔管，制造工艺和技术相对较为成熟，可满足需要。从耐高温、耐腐蚀的角度，使换热管有更长的使用寿命，也可采用18-8不锈钢进行替代，因管板堆焊18-8，管接头焊缝均为奥氏体相，残余应力小，不存在温差应力。

3.3　改进加工工艺

3.3.1　堆焊复合管板。基层材料的待堆焊面和复层材料车加工后的表面，应按JB4730进行表面检测，检查结果不得有裂纹、成排气孔，并应符合UTⅡ级要求。堆焊过程必须严格控制，以便保证熔敷界面不发生过大的稀释和使覆层不产生别的焊接缺陷。堆焊各层所用焊材牌号应根据耐腐蚀要求和熔和比来确定，堆焊层厚度应保证车加工后覆层最小厚度大于3mm。同时在堆焊后应进行适当的热处理以消除焊接应力。

3.3.2　管孔加工。管孔加工是管板制造中重要的一个环节，应严格控制划线、钻孔、刻槽、倒角等工序，为保证上下管板同心度，可将上下管板叠起来一起钻孔。管板加工可采用自动化程度高的数控钻床进行钻孔，同时在管束制造过程中，管板、管孔的加工粗糙度和换热管的外径尺寸偏差应符合要求，使之间的间隙符合制造标准，以免在焊接和胀接后造成局部残余应力过大。

3.3.3　强度焊加强度胀。由于换热管和管板的接头在运行中受到反复热应力、热腐蚀及介质压力的作用，工作环境苛刻，无论单独采用焊接或胀接，都难以满足要求，所以采用胀焊并用的方法，可以提高接头的抗疲劳性能，同时还可消除应力腐蚀和间隙腐蚀，减小管板两侧温度差，降低管板的翘曲，延长了换热器的使用寿命。胀接建议采用液压胀，液压胀可使胀接管均匀受力，管子轴向伸长少，无加工硬化现象，密封性较好。

3.3.4　严格焊接工艺的控制。焊前浆换热管两端200～250mm磨光，在管子管板焊接前必须仔细擦洗管板孔表面及管端处，除去锈斑迹、油污及水汽等，焊接时焊接部位和场地必须保持清洁。焊接连接时，换热管与管板焊接后，焊缝和热影响区不得有裂纹、气孔、夹渣、未熔合等缺陷，并应清除焊渣及凸出于换热管内壁的焊瘤。焊接过程应使用快速焊、小电流的工艺进行焊接，焊接后进行100%渗透检查。

4　结语

通过对该换热器进行更换管束（20#冷拔管）后，换热器投用近2年来，至今运行情况正常，也未发生管板与管头焊接处开裂的情况。

近年来国内新建炼厂的工艺包也大都采用国外的先进设计理念，但对于油浆蒸汽发生器并不仅是靠提高材质等级避免泄漏，严格控制换热器的制造质量和采用合理的制造工艺也尤为重要。

参考文献

[1]　余建祖．换热器原理与设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2006．

[2]　许文．换热器选型设计与制造工艺实用全书[M]．北方工业出版社，2006．

作者简介：郑东起（1981-），男，山东菏泽人，中国石油广西石化公司机动设备处设备工程师，研究方向：设备管理。

（责任编辑：周　琼）

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