硫磺回收装置余热锅炉过热器弯头开裂原因初步分析

第 2 8卷第9期 压 力 容 器 总第 2 2 6期 硫化氢溶液 、碱溶液等 。 ( 2 ) 环境因素 ， 本案 例 中的过热器管程介 质 为蒸汽 ， 壳程介质为烟气 ， 炉灰成分分析结果显示 烟气 中含有大量 的 S O ： ， N a O， 少量 的氯化物 ， 均 属应力腐蚀敏感介质； 固溶状态的奥氏体不锈钢 在仅含 2 g 氯化物 的水溶液 中在 2 0 0时就 会产生 破裂 ， 敏 化状态 的奥 氏体不 锈钢 在仅含 1 0 0 g g 氯化物 的水 溶液 中在室温下 就会产生 破裂； 在实际使用条件下， 诱发应力腐蚀破裂的物 质浓度可能并未达到有害程度 ， 但 由于某些 因素 引起这些物质 的浓缩 ， 结果促使应力腐蚀破裂 的 发生 J ， 比如本案例 中装置开停车过程干湿交替 导致的上述有害物质的浓缩 ； 此外 ， 由于奥 氏体不 锈钢存在 4 5 0 8 5 0 c【 = 的敏化温度范围， 对于大量 在役的以奥氏体不锈钢为材质的过热器而言， 值 得注意的一个重要问题是 ， 奥 氏体不锈钢管在某 一 温度区间所体现的负面影响， 即其晶问腐蚀现 象， 通常发生较严重的晶间腐蚀温度范围在 6 5 0 7 5 0之 间， 本案例 中过热器烟气 的人 口侧温 度 7 0 0 o C， 出 口侧温度 4 8 0 oC， 处 于敏 化温度范 围， 其晶界上会形成贫 c r 区 ， 加之制造过程发生 敏化的部分在晶界上形成的贫 c r 区， 如遇连多硫 酸就会发生沿晶腐蚀开裂。 ( 3 ) 应力 因素 ， 本 案例 中宏观检验 发现的开 裂部位处于过热器弯头， 属应力集中区域。 ( 4 ) 裂纹形貌特征方 面， 奥 氏体不锈钢 在氯 化物溶液以及硫化氢溶液 中的应力腐蚀开裂多为 穿晶型， 在连多硫 酸 中的应力 腐蚀多为沿 晶 型 J ， 不同腐蚀介质共同作用下也有混合型， 本 案例 中金相检验显示开裂裂纹呈沿晶和穿晶开裂 混合型 ， 这是 由于连多硫酸 和氯化物的共同作用 而致 ， 与应力腐蚀裂纹形貌特征吻合。 综上所述 ， 初步分析过热器弯头开裂的原因 为应力腐蚀开裂。弯头在冷弯时会产生较大的内 应力 ， 冷弯后未经 固溶处理， 使弯头部位处于较高 的应力水平 ， 在 2 0 0 8年 9 月至 2 0 0 9年 3月停车 期 间， 弯头表面残 留的炉灰 吸收潮湿空气 中的水 份 ， 灰份 中的硫化物 、 氯化物等形成 酸性腐蚀环 境 ， 其 中弯头表面的硫化物与空气和水 相互作用 生成连多硫酸 。在连多硫酸和氯化物 的共 同作用 下 ， 过热器 弯头表 面出现应 力腐 蚀裂纹 ， 2 0 0 9年 1 1 月份开车后 ， 弯头 裂纹在管束 内压 的作 用下 ， 逐渐发生扩展 ， 最终导致开裂泄漏 。 2 预防与控制措施 为避免腐蚀开裂的发生 ， 建 议从 设备 、 工艺 、 检修等方面采取相应预防、 控制措施 。 2 1 设 备 方 面 2 1 1 设计选材 对于特定材质 的压力容器 ， 应力腐蚀开裂往 往只对某些介质具有敏感性 ， 避开这些敏化组合 ， 就可有效防止应力腐蚀开裂 的发生。因此 ， 结合 其他装置 的过热器材质进行综合考虑 ， 可将该过 热器 管 束 的 材 质 由 S A 2 1 3一T P 3 4 7 H 更 换 为 1 2 C r l Mo V G， 1 2 C r l Mo V G耐连多硫酸和氯离子应 力腐蚀开裂效果更好。 2 1 2 制造 新制造的 T P 3 4 7 H材料的过热器弯头在冷加 工后应进行 固溶处 理， 消除因冷加工而产生的残 余应力， 防止应力腐蚀和晶间腐蚀导致的弯头开 裂 。 2 2 工 艺方 面 2 2 1 温度控制 温度控制是影响腐蚀 的主要因素。 ( 1 ) 过热器管程 出 口温度处 于一定 范围 ， 尽 可能将 出口温度在工艺条件下控制在下 限， 减轻 高温硫腐蚀 ； ( 2 ) 设备正常生产时由于温度变化引起焊缝 处应力变化 ， 与焊接应力共 同作用易催生应力腐 蚀裂纹和疲劳裂纹 ， 因此 ， 保持操作温度的平稳也 是避免腐蚀开裂的有效工艺措施之一。 2 2 2 操作控制 严格按照工艺指标进行精心操作。做好仪表 维护， 保证在线分析仪 ( H S S O ： ) 的正常运行 ， 合 理配风， 提高硫转化率， 防止产生过多二氧化硫。 2 3 停车检修 方面 ( 1 ) 余热锅炉停车期间， 做好吹灰处理， 同时 对炉管表面进行碱液 中和清洗 ， 如有可能应进行 充氮气保护 ， 以避 免管子表面水分的凝 聚和腐蚀 环境的形成 。 ( 2 ) 装置停车时， 对过热器弯头及焊缝等应 力集 中部位进行表面渗透检测 ， 早期发现应力腐 蚀裂纹并及时作出相应处理， 避免缺陷的进一步 发展并最终导致过热器的失效。 ( 下转第6 3页) 5 5 第 2 8卷第 9期 压 力 容 器 总第 2 2 6期 应变 强化( C o l d S t r e t c h in g o f C r y o g e n i c P r e s s u r e V e s s e l s f r o m A u s t e n i t i c S t a i n l e s s S t e e 1 ) 面向应变强 化容器， 采用试验与数值分析相结合的方法， 研究 了应变强化对材料力学性能影响规律 ， 对今后开 展基于应变强化的不锈钢制压力容器的轻量化设 计具有积极的参考意义。 5 压 力容器技术在核 电领域的应用备受重视 值得指出的是 ， 鉴于 E t 本福岛核 电站事故在 世界范围内造成 的深远影 响， 与核电压力容器制 造、 使用维护、 风险控制等议题相关的研究在本次 会议上被前所未有地关注。 本次会议中共收录约 i 1 0 篇由专门核能研究 机构 使用单位研究人员撰写的研究论文。论文 作者来源于美 国、 日本 、 韩 国、 法 国、 中国、 中国台 湾 、 加拿大、 德 国、 捷克 、 瑞士 、 罗马尼 亚 、 澳大利 亚、 阿根廷等世界 各地。在会议 报告 中， 约有 5 5 篇与核能相关的论文由美国的研究单位或使用单 位的研究人员撰写 ， 来 自日本 、 韩 国、 法国、 中国台 湾的论文分别为 2 9篇、 5篇 、 4篇 、 4篇 ， 上述论文 涉及材料与制造 、 无损检测、 运行与维护等方面。 本次会议两篇大会主 旨报告不约而同地针对核能 应用提 出压力容器技术 的挑 战， 更将核 电压力容 器技术研 究 的重要性 提到前所 未有 的高度 。可 见 ， 与核电压力容器安全相关的技术研究仍将是 今后值得开展的研究方向。 6结 语 国际性压力容器与管道技术论坛 ， 来 自工业界或 学术界与电力和过程工业有关的压力容器和管道 技术 ， 在这个舞台上都得以充分的交流和研讨， 这 对促进国际压力容器与管道技术进步起到了重要 的作用。 近年来 ， 随着广大工程技术人员的不断参与 ， 我国在这个国际舞 台上 的地位也逐年上升。希望 在不久的将来 ， 我国也成 为 P V P会议的主办方之 一 ，甚至可以将 P V P会议安排在中国举办。 P V P 2 0 1 2会议将于 2 0 1 2年 7月 1 5日 7月 1 9日在加拿大多伦多市举 行 ， 会议的主席 由 Mi c h a e l E N i t z e l( ME N i t z e l E n g i n e e r i n g S e r v ic e s )和 D e n n i s K Wi l l i a ms( N u S c a l e P o w e r ， I n c ) 担任 ， 会议 主题是“ 全球压力容器和管道技 术新的领 域” 。会 上 ， 中国压力 容器最新规 范和 标准议题 中将设极端承压设备 ( E x t r e m e P r e s s u r e V e s s e l s ) 、 工程失效分析 ( E n g i n e e ri n g F a i l u r e A n a l y s i s ) 、 在用检验( I ns e r v i c e I n s p e c t io n )3个分议 题 ， 欢迎大家投稿。 P V P 2 0 1 2会议论文摘要 的提交截止时间为 2 0 1 1年 1 1月 1 1日， 摘要接受后提交论文全文的 截止时间为 2 0 1 2年 2月 1 3日。希望 国内从事压 力容器与管道工程技术研究的相关人员积极投稿 和参会 ， 在这一最具影响力 的国际压力容器与管 道会议上进行交流， 提高中国在 国际压力容器与 管道工程技术领域 内的话语权 。 众所周知， P V P系列会议是一个 日臻完善的 收稿日 期：2 0 1 1 0 9 2 6 ( 上接第5 5页J 参考文献： 1 李守臣 硫磺制酸系统余热锅炉二级过热器管失效 原因分析 J 中国腐蚀与防护学报， 1 9 8 8 ， 8( 2 ) ： 1 5 91 6 5 2 胡方 化工设备中奥氏体不锈钢的应力腐蚀和防护 J 化工设备与管道， 2 0 0 2 ， 6 ( 3 ) ： 5 1 5 4 3 马李洋 3 0 4不锈钢在连多硫酸中的应力腐蚀研究 J 压力容器， 2 0 0 7， 2 4 ( 1 ) ： 1 3 4 强天鹏 压力容器 M 北京： 新华出版社， 2 0 0 8 ： l 811 82 收稿 日期