废热锅炉旁路蝶阀损坏原因分析.pdf

1 ．简介 废热锅炉旁路蝶阀损坏原因分析 朱小四韩国英万靖霞 某大型氨厂，二段炉下游第一废热锅炉系卧式 火管锅炉，日本日立公司生产，型式为简单列管形 式，其中含有多项专利技术，包括中心管旁路蝶阀 的设计，图1 是蝶阀与中心管连接结构简图。该形 式的锅炉在我国大型氨厂首次应用，设备在安全运 行5 年后，中心管旁路蝶阀阀颈焊缝区域，开始出 现裂纹，最后发展到从裂纹处断裂，导致蝶阀整体 脱落，造成设备损坏和全厂事故停车。本文对裂纹 的产生原因进行分析，并介绍改进措施。 耐 图1 蝶阀与中心管连接简图 2 ．裂纹原因分析 毡 蝶阀的材质为I n c o l o v8 0 0 H ，属铁一镍基高温 合金，设置在废热锅炉的出口管箱中，用于调节出 废热锅炉的工艺气温度。裂纹的产生部位在蝶阀的 高颈法兰与中心管之间的焊缝区域，呈无序网状向 两侧发展，位置如图1 所示。从以下几个方面对致 裂原因作一探讨。 2 ．1晶间腐蚀 k o l o y8 0 0 H 钢在5 9 3 8 1 6 ℃之间受热将出现 晶间腐蚀倾向，其最敏感的温度在6 5 0 ℃左右，影 响这种倾向的主要因素，是合金中的碳含量、T i ／C 比值、固溶处理的温度和晶粒尺寸等，其实质是晶 界上出现贫铬、富镍区。废热锅炉出口管箱的工艺 气温度是5 8 8 ℃。正常生产中蝶阀保持一定的开 度，未经换热的工艺气从此经过，因此蝶阀的环境 温度在6 0 0 。7 0 0 ℃之间，正好落在晶间腐蚀的最敏 感温度区域。 2 ．2 应力腐蚀 色型捌硷趱■豳 k o l o y8 0 0 H 钢种具有良好的抗应力腐蚀性能， 但其性能的优劣要受合金成份、热处理条件、冷变 形和受力条件等的影响。旁路蝶阀系现场安装，没 有进行热处理，残存的应力无法消除，蝶阀本身处 于换热前后温差较大的两种气流之间，存在较大的 温度梯度和热应力，再者，蝶阀没有连接支撑，其 重量均集中在蝶阀与中心管的焊接部位。亦即裂纹 部位，使其受到额外应力的作用，综合这些因素来 考虑，蝶阀与中心管焊接部位，存在较大的应力腐 蚀倾向。 2 ．3 金相组织观察 对断裂处试样进行金相组织观察，发现在其组 织晶界中有黑白相间的条带征状，而且裂纹也起源 于这些条带上，经能谱分析发现，这种条带特征实 际上是晶界上出现了贫铬、富镍，并伴有部分渗氧 后的成份偏聚。这种缺陷再伴以因自重而产生的额 外应力和振动，这些条带的前沿在尖端应力场的作 用下，形成微小裂纹，并逐步扩展，最终形成贯穿 性裂纹。 3 ．故障及处理情况 在装置正常生产的情况下，废热锅炉出口管箱 测温点出现温度飞升，当班操作人员准确判断是该 蝶阀故障，而非误报，为保证设备和下游高变触媒 的安全，果断停车，拆开此处人孔后看到，中心旁 路蝶阀从高颈法兰焊缝处断裂，蝶阀及鼠笼落在管 箱区，导致生产中大量高温转化气直接吹向此处测 温点。 在缺乏备件的情况下，为了尽快恢复生产，根 据此处上下游的热量分配关系，结合实际运行情 况，经过精心计算，设计、制作了一套盲头限流 器，以代替原蝶阀，图2 是其轴侧图，盲头圆板用 两层3 m m 厚的1 1 1 c o l o y8 0 0 H 板材加工而成，盲头的 入口限流孔直径为夺8 8 n 吼，长度为1 0 0 0 m m ，在后 端5 0 0 姗区域内开孑L ，分布孔数较原鼠笼的减少 一半。安装时，将盲头一端插入中心管内5 ‰， 将另一端用三条均布拉筋将其固定 下转第5 9 页 秒T 沿落皇畴摩蚰，’m 1 ‰1 嘲 万方数据 4 0 0 C P S S t o r e dd a L an u m b e r 4 以．儿、A r 钡。肥LJk 肚怂小卜卅～～～ 1 2 9 0 7 1 3F e O O H 5 2 ．6 [ 6 ．1 ] 3 t 3 0 5 3 4F e t O ， 7 ．6 [ 5 ．5 】 2 8 0 0 9 8F e O O H 3 0 ．8 [ 4 ．1 ] 4 2 2 0 6 3 3F e S o ‘7 H 0 9 ．0 【6 ．4 ] 图3 眇C I l P n ＆钢腐蚀产物】卜衍射分析能谱图 力，能形成致密的氧化物覆盖在样品表面，而且稀 土元素还能改善钢冶炼时的流动性，减少了非金属 夹杂物，可以得到致密纯净的晶体结构，表面形成 锈层的致密性也就比碳钢好，从而提高其耐蚀性。 材料中加入C u ，在有P 情况下耐大气腐蚀的效果 更明显，因为C u 能使锈层更坚固、致密，这一点 耐候钢的表面腐蚀形态已有所反映。C r 、N i 、T i 都 是具有钝化倾向的金属元素，它们的加入都提高了 材料耐大气和海水腐蚀的能力。从图2 材料的腐蚀 率随试验高度变化曲线 2 年 中可以看到， 0 9 C u P C r N i 钢的腐蚀率低于0 9 C u 阿R e 钢近1 6 ％就 是一个证明。 4 结论 O O 蚀的影响较大，对耐候钢腐蚀的影响较小；9 米以 上，随着试验高度的增加，对4 种材料腐蚀的影响 逐渐减小，9 米高处是材料腐蚀速率变化的转折 点。试验高度对普碳钢腐蚀的影响要大于耐候钢， 在工业大气环境下耐候钢的耐腐蚀能力强于普碳 钢。 参考文献 l 础＆t h e 讪t ∞t h eH 脚i ma n n 唧h 耐cc o I T D s i ∞o f8 l e e lb y s ．s ．‰趴ta n dA ．B ．附，c o 册s i o I lP r e 删o na n dC o n 埘， 1 9 9 1 ，3 8 ． 3 2 李牧铮等．腐蚀科学与防护技术．1 9 9 2 ，4 3 1 7 4 Z 李金桂等．腐蚀和腐蚀控制手册．国防工业出版社，1 9 8 8 4 种材料的腐蚀率均有随着试验高度的增力Ⅱ而 储通联三是芸篓麓蚀与防护研究户斤1 1 0 0 1 5 逐渐降低的趋势。9 米以下这段高度，对普碳钢腐 斗搴斗e 斗枣斗辜艇斗e 斗e 膏g 斗e 斗台斗e ■e 斗台斗枣拍c 斗e 膏辜牛皋斗g ■e 斗辜牛e 斗枣艇c 斗e 斗e 斗窜艇斗e 斗辜膏e 拍c 斗e 斗e 艇c 斗辜斗枣斗e 斗e 斗枣斗枣拍 拍c 斗e 斗辜艇 上接第4 3 页 到废热锅炉壳体上。 厂、鹪厂 、 鎏 六 11 ．1C 7器l k | k { 总 R Il J ‘ ．，一／ ‘k 5 ∞5 ∞ 图2 限流器轴测图 装置开车运行后，一切正常，上下游各点温度 正常，说明设计的盲头限流器及其安装是成功的。 4 ．小结 4 ．1h c o l o y8 0 0 H 钢具有优良的耐应力腐蚀性 能和抗晶间腐蚀能力，同时具有较高的高温机械强 度； 4 ．2 在设计上，如果使用温度在6 5 0 ℃左右， 应尽量降低该合金的碳尽量、T i ／C 比值等，以优 化其抗晶间腐蚀倾向； 4 ．3 在设计上，应尽量优化其受力状态，避 免受到额外应力的作用。 作者通联河南省中原大化集团公司4 5 7 0 0 4 河南省濮阳市人民 路西段 第三作者为河南省化工设计院 秒T 沿落皇畴窟枘， m 1 ‰1 圈 万方数据