年产80万吨硫磺制酸装置120t/h废热锅炉锅筒体缺陷修复

【摘 要】 本文详细地论述云天化国际化工富瑞分公司年产80万吨硫磺制酸装置120t/h废热锅炉运行2年后，定期检验（内部检验）发现锅炉筒体内表面与下降管、上升管管接头角焊缝缺陷（裂纹）产生原因分析、修复、热处理。

【关键词】 锅炉筒体 裂纹 缺陷 处理

1 前言

我公司年产80万吨硫磺制酸装置废热锅炉，由东方锅炉（集团）股份有限公司设计、制造，2005年3月投入运行。在投入运行2年后，2007年12月定期检验（内部检验）中，发现废热锅炉筒体内表面集中下降管一根管道头角焊缝有两条表面裂纹，其中一条长20mm；一条长15mm。后经磁粉探伤检查发现锅筒内表面8根下降管管接头（φ340×43.5）、5根上升管管接头（φ401×50）角焊缝中有9根管接头角焊缝均不同程度存在多条表面裂纹，其中4根为整圈存在表面裂纹，5根局部存在表面裂纹。探伤评定级别Ⅳ级，检测结论不合格。定期检验结论为停止运行，必须进行修复处理，监检合格，方能投用。

2 锅炉技术参数

该台锅炉为锅壳式中压废热锅炉，由锅壳、锅筒（汽包）、进出口烟道和管系四大部分组成。

3 锅简缺陷产生原因分析

3.1 材料材质

经查原锅炉产品质量证明书金属材料材质，均符合要求。

3.2 无损探伤

锅炉筒体下降管、上升管管接头角焊缝磁粉探伤检测。

3.3 原因分析

（1）制造组对焊接残余应力、焊接缺陷。锅筒简体内表面与管接头在制造组对焊接时焊缝处存在较高焊接残余应力，在整体热处理时未全部消除。加之制造焊接时气孔、夹渣、未熔合、未焊透等缺陷。这些焊接缺陷随着锅筒运行过程中温度、压力剧烈变化，应力集中，导致缺陷扩展，形成疲劳裂纹。（2）温差应力。由于锅炉筒体内蒸汽温度较高，蒸汽出口温度450℃。锅炉在运行中，部件温度、介质流速、管线中水汽混合，启停炉次数频繁，导致筒体内温度变化。温度的波动引起筒体内应力交变。这种交变应力的循环作用是促使锅炉金属材料疲劳裂纹破坏的主要原因。锅炉筒体长期在温度交变应力下导致裂纹扩大，属于热疲劳裂纹之一。（3）疲劳裂纹。该锅炉为中压废热锅炉，使用中一直是满负荷生产。在使用过程中负荷变化，造成锅筒体内压力波动较大，在交变载荷作用下（锅筒会在远低于材料抗拉强度或屈服点的条件下产生裂纹，疲劳裂纹常在焊接接头应力集中点产生），加速了角焊缝裂纹的疲劳扩展。（4）扩展裂纹。制造时残留表面微小裂纹，在经二年运行后，在温度及压力波动的作用下，继续扩展所致。（5）腐蚀疲劳。锅炉在运行时，受热面金属在多变应力的作用下产生腐蚀，这种腐蚀也呈裂纹状。

4 纹缺陷修复

根据《蒸汽锅炉安全技术监察规程》（1996）第五章（九）用焊接方法的修理之规定，鉴于锅炉内表面与下降管、上升管管接头多道角焊缝表面裂纹的严重程度，我公司与云南省特种设备安全检测研究院商量后，决定由生产厂家，东方锅炉（集团）有限公司进行返修处理。

修复方案采用对筒体内表面管接头有裂纹的角焊缝用砂轮机进行修磨或碳弧气刨将焊缝锡掉并修磨，直至缺陷消除。用肉眼观察未见焊缝缺陷时，对表面进行磁粉探伤检测，确认无缺陷时，修磨成U型坡口，修磨处不得有沟槽棱角，圆滑过渡后施焊。

（1）缺陷消除。锅筒内表面检测发现筒体与管道接头有表面裂纹的9道角焊缝，经砂轮机打磨1mm左右后，多条表面裂纹消除。其中有13条裂纹打磨1mm左右后未消除，用碳弧气刨刨开清根，裂纹最长20mm，深度10.00mm后，消除了所有裂纹，经表面磁粉探伤检测，裂纹已全部消除。按照修复方案，将缺陷处修磨成U型坡口后，圆滑过渡后施焊修复。（2）修复。选用直流焊机，采取直流反接。选用CHE507焊条，规格：φ3.2、φ4、φ5进行补焊，焊条在焊前按规定进行处理。把角焊缝周围30mm范围内的氧化物等一切杂物清理干净，并修磨出金属光泽。焊前用火焰对焊接部位进行预热，预热温度100-150℃，用红外线测温仪对温度进行监测，加热范围为焊缝两侧100mm范围。焊接采用多层多道焊，各层（道）焊缝接头错开。补焊好的管接头经外观检查合格，用磁粉和超声波探伤对管接头内外角焊缝进行100%检测，均达到要求，补焊合格。

5 焊后热处理

按照设计图纸要求，补焊修复处理后，经无损探伤检测合格。锅筒上升管、下降管进行热处理，消除焊接残余应力。本次热处理选用设备型号TCS-360-II履带式电加热器。热处理一切工作准备就绪后，对锅筒下降8道、上升管5道前进缓慢加热，升温速度每小时不大于50℃。当温度达到600℃-650℃后，进行均热，然后在600℃-650℃之间保温，保温2.5小时后，停止加热。然后缓慢降温，降温速度每小时不大于50℃，温度降到400℃后进行空冷，降温至大气温度时，热处理结束，热处理工艺见表4（热处理过程中，升降温时，在温度小于300℃时，升降温速度每小时≤90

6 耐压试验

修复处理结束后，2008年1月9日进行了水压试验。锅简最高工作压力4.2MPa，取水压试验压力5.25MPa，用锅炉给水泵将锅炉压力缓慢升至4.2MPa，保压10分钟后，检查各部位无泄漏。继续升压至5.25MPa，保压20分钟后，检查各部分无泄漏，缓慢降压，水压试验合格。

经过四年的运行实践检验，三次外部检验、两次内部检验，结论均为合格，证明锅筒内表面下降管、上升管管接头角焊缝裂纹缺陷的修复是成攻的。

7 结语

锅炉在使用过程中，由于长期受压力和腐蚀，加上锅炉频繁开停，温度变化等，形成交变载荷，难免使其承压部件产生各种缺陷。这些缺陷如果不能及早发现并采取措施消除，任其发展扩大，必将在继续使用过程中恶化，导致严重的事故。所以在锅炉使用管理中，必须重视定期检验工作。只有严格进行定期检验，才能及早发现设备潜在危险的缺陷和问题，掌握制造、安装质量以及缺陷的发展情况，及时消除隐患和修复处理，防患于未然，改善设备的安全状况，为锅炉的安全运行提供保障。

注

[1]公式引自劳动部《蒸汽锅炉安全技术监察规程》，第207条。

参考文献

[1]劳动部.蒸汽锅炉安全技术监察规程.1996年8月19日.

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