刘法波 王娜 杜国防
河南心连心化学工业集团股份有限公司，河南新乡 453731
摘要：本文针对直通式废热锅炉管板与高压管箱焊缝处发现多处裂纹及裂纹的反复处理进行分析，通过分析裂纹产生的原因及在处理裂纹过程中遇到问题,制定专项裂纹的修补方案,使直通式废热锅炉修补好的情况下继续使用,也希望能起到一定的借鉴作用。
关键词：管板 高压管箱 裂纹 热处理
1 引言
直通式废锅炉是氨合成装置中重要的换热设备，主要作用是利用氨合成塔出口介质的热量对水进行加热产蒸汽蒸汽，同时降低氨合成塔出口介质的温度，在整个生产流程中起着十分重要的作用。氨合成装置系统压力温度较高，如果设备隐患不能及时消除，则可能造成重大的安全事故。
本文主要是针对在合成氨系统装置中修期间发现的设备管板与高压管箱焊缝裂纹进行分析处理。
2 设备简介
我公司使用的直通式废热锅炉由上海某机械装备有限公司制造。设备主要几何尺寸，长度10198mm×直径1200mm×厚度20mm，管板厚度325mm。设备筒体材质为16Mn，换热管采用φ24mm×5mm的0Cr18Ni10Ti（321）不锈钢管，管板及高压管箱材质为10MoWVNb。设备设计及运行参数见下表1。
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3 事情经过
按公司计划于2019年9月下旬对整个系统进行停车检修，待完成泄压置换以后，按要求对设备各焊缝进行探伤检查，当检查到直通式废热锅炉管板焊缝时发现大量裂纹，随即对另一侧也行了探伤，同样存在大量裂纹，如下图所示。为了能够更加精确的确定裂纹位置进行了设备外部超声加TOFD检测，最终确定一侧焊缝整圈均有裂纹，且分布在焊缝两侧不间断呈现；超声探伤检测显示焊缝裂纹深度44-57mm；另一侧焊缝下半圈除偏下约180mm没有裂纹以外，全有裂纹，裂纹在焊缝两侧交替间断呈现；超声探伤检测显示裂纹深度35mm左右。
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4 原因分析
设备产生裂纹的原因分析：一是设备本体材质问题，10MoWVNb此种材质以前可用于压力容器锻件制造，但易产生裂纹，GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》中10MoWVNb已取消。二是设备管程及壳程材质膨胀系数相差较大的影响。当温度为225℃时，16Mn瞬间膨胀系数14.58，平均膨胀系数13.71；S30408瞬间膨胀系数17.84，平均膨胀系数16.66；S32168瞬间膨胀系数17.32，平均膨胀系数16.87；当温度为350℃时，S31268瞬间膨胀系数17.88，平均膨胀系数17.15。膨胀系数相差较大，受热变形时易产生应力集中，导致出现裂纹。三是设备由于使用温度较高，在系统开停车过程中产生应力集中。四是设备使用时间较长，已有10年之久，达到设备本体设计使用寿命。
5 裂纹处理
设备管板与高压管箱裂纹处理分两次进行，第一次从10月3日至10月10日，第一次处理裂纹的具体要求：裂纹碳弧气刨前预热温度≥70℃，焊接前预热温度≥120℃，层间温度≤200℃，焊后进行消氢处理及热处理。消氢处理温度达到350℃保温2小时，缓慢降温至室温后进行探伤无异常。进行热处理，热处理升温42℃/h，温差≤150℃，达到620℃后恒温8小时，开始降温降，降温速度53℃/h，温度降到350℃以后开始缓慢降温至室温。具体步骤及相关用时如下表：
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经过第一次气刨、焊接及热处理后进行探伤发现焊缝仍然存在裂纹。为了确定裂纹的具体情况，进行了超声和TOFD检测，发现管板与高压管箱焊缝部分位置出现深度55~60mm，长度600mm左右的裂纹，随即进行第二次处理。
第二次从10月11日至10月18日，第二次处理裂纹的具体要求：裂纹碳弧气刨前预热温度≥150℃，焊接前预热温度≥160℃，焊好后直接用烤枪对焊缝进行加热至300℃~350℃进行消除应力，温度达到350℃后直接开始热处理，热处理升温42℃/h，温差≤150℃，达到620℃后恒温4小时，开始降温降，降温速度53℃/h，温度降到350℃以后开始缓慢降温至室温。具体步骤及相关用时如下表。
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热处理结束后进行探伤均显示没有裂纹，外部管板与管箱焊缝探伤显示有表面裂纹，表面裂纹进行打磨处理不在进行补焊。
两次焊缝裂纹处理中存在的问题：1、第一次处理时对焊接工艺预热温度预估不足，预热温度较低。2、天气影响，第一次处理时为下雨天气，现场焊接时空气湿度较大，对焊接工艺有影响；同时在第一次焊接过程中，外部架设有风扇通风降温，对焊接影响较大。3、热处理和消氢处理对温度控制不好，消氢处理升温时间过长，降温过程没有严格执行缓慢冷却。
结束语
第二次处理以后，设备进行试压试漏，为了降低温差对设备的影响，本次用90℃热水对设备进行试压，试压情况良好，设备无泄漏。于10月26日合成氨系统开车，设备正常运行。本次裂纹的及时处理消除了设备的重大安全隐患，同时也为同类设备的检修积累的宝贵的经验。
参考文献:
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