废热锅炉制造工艺改进.docx

          废热锅炉制造工艺改进                    摘要废热锅炉是利用工业生产中的余热来生产蒸汽的一种换热设备，简称锅炉目前，废热锅炉在化工、石油、冶金及其他工业部门中得到广泛地应用在石油、化工工业中，存在大量高温烟气与工艺气余热，采用废热锅炉回收余热，生产压力蒸汽用作工厂动力，可取得重大的经济效益，从而提高热能总利用率，节约一次能源消耗本文以某改造项目Cassle技术废热锅炉为研究对象，阐述了废热锅炉的结构特点，结合化工厂反馈的问题，针对关键工序提出了改进措施，为制造类似结构和要求的 产品积累了宝贵经验 关键词：Cassle ;废热锅炉；工艺；改进 0 引言 废热锅炉是Cassle合成氨技术中的关键设备，运行条件苛刻，大多采用全进口设备某化肥公司的合成氨废热锅炉（E - 1802)自投运以来频繁泄露，先后国产化2台均未能长期使用该废热锅炉出现泄露位置均为废热锅炉管箱与管板环 缝贯穿性缺陷，某化肥公司检修部门经过多次自行返修后,无法从根本上解决泄露问题，该废热锅炉的运行安全性和经济性无法得到保证，整台设备需要更换 1 废热锅炉的结构参数和缺陷分析 1.1废锅设计参数 设备的技术特性见表1。

设备的技术特性见表1项目壳程管程工作压力力/MPa(G)3.014.67设计压力/MPa(G)3.416.4设计温度/冗 -10/250-10/350介质名称锅炉给水/蒸汽合成气腐蚀裕量/mm 33焊接接头系数 1.01.01.2 设备主要受压元件材质 合成氨废热锅炉为卧式设备，主要由外壳，管箱管系三部分组成，考虑到设备高温高压的运行工况，设计时壳体采用Q345R ，壳体接管采用 16Mn IV，管箱筒体、法兰及接管、采用 SA - 336F22C13,管板 SA - 336F22C13 ,管侧表面堆焊Inconel 600,管系采用折流板结构，换热管材质为 SA -213M T22(25mm×2.5mm)1.3缺陷原因分析 某化肥公司废热锅炉出现缺陷位置在管板与管箱环焊缝处，为由里向外的贯穿型裂纹 1) 从照片推测，如图2红线所示位置应为管箱筒体与管板环缝位置，其左侧位置的焊道可能为产品管板上焊接的支座垫板角焊缝通过对现场泄露情况判断，此处应为贯穿型的横向裂纹 2 ) 对焊缝外表面进行布氏硬度监测（圆周方向均布的10个位置）；数据表明除 5＃偏高和1＃偏低外，其它相对稳定，但焊缝表面硬度明显不均，差异较大。

3 ) 分别对管板与管箱环缝外表面PT、超声UT、TOFD探伤后，发现有三处疑似缺陷 4 ) 对管箱与管板环缝内表面PT、U T探伤后，其中PT发 现2 6处缺陷，其中2 5处位于焊缝右侧，1处位于焊缝左侧，U T探伤后确认3处比较大缺陷，全部位于焊缝右侧 由于与废热锅炉管板与管箱均为SA-336F22C13这种合金含量较高且淬硬倾向较大的材料，同时废热锅炉管箱筒体与管板焊缝较厚，刚性强，焊接应力较大，容易在焊缝和热影响区附近形成淬硬组织和冷裂纹，扩散氢的存在还容易导致氢脆，产生氢致裂纹和延迟裂纹 ;钢中含有的Cr、M等合金元素为强碳化物形成元素在较大焊接应力的存在情况下使焊接接头的过热区有再热裂纹倾向；焊接接头中的P、S及残余元素Sb、Sn、A s的含量超过容许极限时会出现回火脆性，影响其焊接性能和焊接接头的力学性能及使用性能从裂纹性质、硬度测试和探伤的结果来看，推测该条焊缝缺陷极大可能是在出厂前就存在的, 即生产过程中控制措施不到位引起的，产生缺陷的主要原因由以下几点：由于管箱上接管法兰遮挡管板与管箱环缝，制造厂可能在不得已情况下采用全手工方式，焊接过程中稳定性较差;焊前预热温度不够或者预热不够均匀,未能达到减少SA -336F22C13这种材质的淬硬倾向以防止产生淬硬组织和焊接裂纹的目的；焊后采取的热处理可能为局部热处理，焊接产生的内应力未能得到有效消除，焊缝及热影响区的表面硬度差异较大已经明确体现出该问题。

2 制造方案的改进 为避免原废热锅炉制造过程中存在的问题，结合废热锅炉的结构特点和材质特性，我们进行了对制造方案进行了更改 2.1管系和管箱一同进炉进行热处理 废锅换热管材质为SA-213T22,与管箱为同一等级材料，焊后热处理温度相同经过评定 ,换热管在经历与管箱环缝相同热处理时间后，焊接接头与换热管母材性能没有明显下降，确定在管系处套装工艺外壳，用于管箱与管板环缝自动焊以及热处理过程中对换热管的保护2.2管板和管箱环缝手工焊与自动焊结合 由于管箱上与蒸汽过热器连接的接管法兰遮挡筒体环缝，该条焊缝焊接过程中无法全部使用质量最稳定可靠的埋弧自动焊，手工焊接可靠性较差 为提高焊接过程中的质量，我们决定采用自动焊完成大部分工作量其中顺时针A至B处约290°将实现自动焊接，顺时针B至A处，即接管法兰干涉区域采用手工焊接，自动焊接管法兰与焊缝干涉位置采用手工焊完成，二者采用无缝连接,每完成一层自动焊，B-A处手工焊焊至相同高度通过上述手段，最大限度的降低了人因差异导致的焊接缺陷的可能性 经过制造方案和工艺措施的调整，管箱与管板焊缝热处理之后的无损检测和硬度检测均符合图纸和技术文件的要求，有效的保证了产品的质量。

对于管箱上接管法兰遮挡管板与管箱环缝的情况,可以在设备及管道整体布置条件允许的情 况下，通过少量调整管箱及内件尺寸，改变管板的位置,使得管箱上接管法兰完全避开管板与管箱环缝，最终使得该条焊缝完全实现自动焊接，进一步降低人员差异对焊缝质量的不良影响 3结束语 某化肥公司合成氨废热锅炉改造项目顺利的制造完成，表明针对这种废热锅炉制造方案改进工艺措施是切实有效的，对产品质量的保障和生产效率的提高起到了关键作用，为大面积合成氨废热锅炉改造积累了大量经验，可以为其他换热 器的制造工艺和质量的改进的提供借鉴和参考 参考文献[1]GB/T151-2014，热交换器[S]. [2]王雪骄，王迎君，晏君文.2.25Cr-lMo钢制加氢反应器的焊接裂纹（一）——在制过程中出现的焊接裂纹[M].压力容器，2014，12:67-69. [3]刘斌.第一废热锅炉管束制造工艺研究[J].压力容器，2017，34(5):64-69. [4]王非，李召生，赵桂凤.废热锅炉设计[J].锅炉制造，2015，04:17 - 20. [5]王守革.废热锅炉的研制 [J].压力容器，2006，23 (3)：35-37.[6]刘庆龙.废热锅炉故障原因分析[J].石油化工设备，2009，32(5):69-74. [7]王艳.废热锅炉芯体国产化制造[J].压力容器，2015，35(2)：102-103. [8]杨军红，梁雪梅.合成氨废热锅炉的修复及安全监控措[J]•工业锅炉，2009，06:43-46. [9 ]刘文柱，刘琰，肖镇.合成第一废热锅炉管板缺陷分析及修复[J].压力容器，2008，25(4):56-58.   -全文完-。