加热器泄漏原因的分析

加热器泄漏原因的分析加热器泄漏原因的分析 一段分解加热器 以下简称一分加热器 是尿素生产的关键设 备 来自尿素合成塔的尿液混合物经预蒸馏塔进入一分加热器 在蒸汽作用下 尿液混合物中的氨基甲酸铵 nh4coonh2 分解 经节流环后排出 某化工厂 1 台一分加热器投入运行 1 个月后 发现蒸汽侧氨 氮含量较高 怀疑一分加热器泄漏 本文对一 分加热器的泄漏原因进行分析 1 检查方法检查方法 一分加热器换热管与管板连接处结构见图 1 管板 换热 管 节流环的材质均为不锈钢 00crl7m14mo2 焊接工艺为氩 弧焊 焊丝材质与管板相同 所有材料的化学成分均符合标准 外观检查 气液混合物侧的管板 节流环表面已呈黑色 节流环端部 已有许多点蚀坑 换热管与管板的焊缝出现腐蚀坑 有的已很 深 图 1 一分加热器换热管与管板连接处结构 取样检查 由于蒸汽侧氨 氮含量较高 因此怀疑氨基甲酸铵分解后 的气液混合物泄漏至蒸汽侧 分析泄漏原因一是换热管腐蚀穿 透 二是换热管与管板焊缝裂穿 因此 在检查换热管有无腐 蚀穿透之后 我们采集 10 组换热管与管板焊缝的试样 进行金 相分析 扫描电镜分析 2 检查结果检查结果 检查中未发现换热管腐蚀穿透 金相检查中发现换热管与 管板的焊缝内部存在裂纹 见图 2 3 金相检查还发现不少换 热管与管板的焊缝表面有裂口 有裂口的焊缝占被检查焊缝的 57 9 此外 多道焊缝存在熔深小及坡口底部未熔透的现象 图 2 柱状晶间的裂纹 图 3 柱状晶交汇处的裂纹 3 结果分析结果分析 一分加热器的泄漏原因为换热管与管板焊缝的裂穿 换热 管与管板焊缝的缺陷有 2 种形态 焊缝中的裂纹和焊缝表面的 裂口 为确定焊缝的裂穿原因 我们对裂纹和裂口进行了扫描 电镜检查 扫描电镜图见图 4 5 焊缝中的裂纹 由图 2 可知 有的裂纹隐藏在焊缝内部 沿着柱状晶界扩 展 具有晶间断裂性质 由图 3 可知 有的裂纹处于焊缝内部 柱状晶交汇处 由扫描电镜图 在结晶裂纹宏观断口可见到红 色的高温氧化色彩 试样断面可见柱状晶的痕迹 根据这些裂 纹的形态和所处部位 我们可以判断这些裂纹为结晶裂纹 造 成结晶裂纹的原因为焊接熔池中的低熔点共晶在焊缝凝固过程 中偏析于柱状晶之间或柱状晶对接的中部 导致不能承受焊接 拉应力而开裂 图 4 裂纹微观形态 图 5 裂口微观形态 焊缝表面的裂口 焊缝表面的裂口形态与结晶裂纹有明显差别 裂口处在焊 缝表面 外宽内尖 较为平直 而且大多为穿晶断裂 由图 5 可知 裂口微观断口形态为泥状花样 这是腐蚀产物的特征 焊缝表面的裂口的形态及特征与文献 1 描述的应力腐蚀裂纹特 征吻合 说明这些裂口为应力腐蚀裂纹 可以确定 焊缝存在 2 种类型的缺陷 一是焊接过程产生的结晶裂纹 二是一分加 热器工作过程中产生的应力腐蚀裂纹 4 泄漏原因的分析泄漏原因的分析 如果结晶裂纹一开始就是穿透的 那么一分加热器刚使用 时就会出现泄漏 实际上 一分加热器正常工作了一段时间 已有的结晶裂纹并未引起泄漏 这说明焊缝中的结晶裂纹都是 埋藏裂纹 由于一分加热器工作期间压力相对比较平稳 不是 交变载荷 不存在疲劳断裂的可能性 因此只能是由于应力腐 蚀裂纹逐渐扩展后 直至焊缝裂穿 才导致一分加热器泄漏 由于焊缝中的结晶裂纹都是埋藏裂纹 并不直接接触腐蚀介质 而且有应力腐蚀裂纹的焊缝远多于有结晶裂纹的焊缝 这也证 明了结晶裂纹不是造成一分加热器泄漏的直接原因 焊缝表面的腐蚀坑往往成为应力腐蚀裂纹的起源 大量统 计数据表明 铬镍不锈钢的应力腐蚀破裂事故占不锈钢湿态腐 蚀破坏的 40 60 1 结晶裂纹的存在相当于焊缝厚度的减 薄 有可能加速一分加热器的泄漏 其不利影响也应予以重视 此外 换热管与管板焊缝熔深小及坡口底部未熔透 使焊缝减 薄 也容易造成焊缝裂穿 5 结