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一分加熱器早期泄漏原因分析

文檔作者：何世恒姚小靜王芳肖宏川程英惠文檔來(lái)源：山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院山東勞動(dòng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年09月29日
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上一篇：乙烯裝置電加熱器預(yù)防性維護(hù)

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安全分析
一分加熱器早期泄漏原因分析
何世恒!，姚小靜!，王芳"，肖宏川!，程英惠!
（! # 山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，山東濟(jì)南"$%%!&amp;amp;；" # 山東勞動(dòng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東濟(jì)南"$%%""）
摘要：通過(guò)對(duì)失效換熱器現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，換熱管試樣的化學(xué)成分、金相組織、測(cè)厚、垢層化學(xué)成分的分布
形狀等分析，結(jié)合內(nèi)窺鏡對(duì)換熱器內(nèi)部形態(tài)的表面狀況的檢查結(jié)果及泄漏管的堵漏焊縫形態(tài)等的
研究，分析了換熱管減薄、炸裂、變扁、泄漏的原因及防止發(fā)生上述事故的操作要求，并進(jìn)一步對(duì)結(jié)
構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。
關(guān)鍵詞：失效換熱管；試樣分析；內(nèi)窺鏡檢查；操作要求；結(jié)構(gòu)改進(jìn)
中圖分類(lèi)號(hào)：’(%$!#$ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：) 文章編號(hào)：!%%! * +,&amp;amp;-（"%%-）%! * %%$" * %$
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7=3H82
! 概述
某尿素生產(chǎn)企業(yè)一臺(tái)一分加熱器在"%%+ 年!!
月中旬開(kāi)工后，不到半個(gè)月的時(shí)間，就因換熱器泄漏
而停工進(jìn)行堵漏處理。至"%%$ 年P(guān) 月更換，在半年
多的時(shí)間里，前后因換熱器泄漏而停工七、八次之
多，為查清泄漏原因，對(duì)該換熱器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察并取
樣分析。
該換熱器是一臺(tái)材料為%%E=!-Q;!+R3"、直徑
,%% CC 的膨脹節(jié)的圓形管板換熱器。其原理圖如
圖! 所示。從管板堵管的痕跡可以看出，有!! 根管
進(jìn)行了堵漏處理（見(jiàn)圖"）。對(duì)于!! 根管中兩端焊
死的判漏管，取&amp;amp; 根作為試樣，并取兩端未焊、但底
部節(jié)流孔被垢物堵死的一根管作為試樣，見(jiàn)圖&amp;amp;。
三根判漏管中一根自底部% #! S " #! C 處變扁；另外
兩根兩端焊死的管子做&amp;amp; #!&amp;amp; RT0 水壓試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)
泄漏及異常變形，并對(duì)其管垢物進(jìn)行成分分析、金相
檢查、剖開(kāi)后觀察垢層形狀及顏色，并將內(nèi)表面狀況
與內(nèi)窺鏡檢查結(jié)果進(jìn)行比較分析研究。
· $" ·
圖! 原理圖
!" 下管箱；#" 下管板；$" 換熱管；%" 格子板；&amp;amp;" 殼體；’" 上管板；
(" 封頭；)" 膨脹節(jié)；*" 支座；! " 尿液進(jìn)口；" " 尿液出口；# " 惰性氣體
出口；$ " 蒸汽進(jìn)口；% " 冷凝液出口；&amp;amp; " 排液口
圖# 判漏管示意
圖$ 已漏管示意
# 檢驗(yàn)與結(jié)果分析
# "! 內(nèi)窺鏡檢驗(yàn)
對(duì)兩端焊死和抽查的無(wú)漏管進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查，
發(fā)現(xiàn)在約# + 處有明顯的環(huán)狀界痕（見(jiàn)圖%），且# +
以下無(wú)垢層，其余則有的有垢層，有的無(wú)垢層。用內(nèi)
窺鏡對(duì)其中一根兩端焊死管進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)離底
部約# + 處管子變扁，另一根在離底部約! "&amp;amp; + 處
有炸裂口（如圖&amp;amp; 所示），底部變扁。在內(nèi)窺鏡檢查
中還發(fā)現(xiàn)，兩端焊死管及未發(fā)生泄漏的管子，其內(nèi)壁
均有光滑段和蝕坑段，如圖’ 所示。
圖% 約# + 處內(nèi)窺鏡檢查結(jié)果示意
圖&amp;amp; 炸裂口示意
圖’ 腐蝕凹坑示意
# "# 檢驗(yàn)結(jié)果分析
# "# "! 未漏管檢驗(yàn)結(jié)果
（!）外觀檢查
壁厚無(wú)明顯均勻減薄現(xiàn)象，底部截流孔堵塞，離
底部約# + 以下被沉淀物填充，但在約# + 處取樣
剖開(kāi)，內(nèi)壁有腐蝕坑和內(nèi)窺鏡觀察到的相似（見(jiàn)圖
(），上部無(wú)垢層。
· &amp;amp;$ ·
第#% 卷第! 期壓力容器第!(, 期
圖! 未漏管剖開(kāi)圖
（"）化學(xué)成分分析（掃描電鏡、直讀光譜儀）
見(jiàn)表#，符合$$%!’(#)*+" 鋼的化學(xué)成分要
求，’( 含量偏下限。
（,）金相分析
見(jiàn)圖-，軸向、橫向均為等軸的奧氏體晶粒。
表# 未漏管化學(xué)成分分析結(jié)果
項(xiàng)目
重量
（.）
原子
（.）
誤差
修正
修正
因子
序數(shù)
修正
原子
修正
熒光
修正
已
漏
管
% $/$## — — — — — —
01 2!/-3 2-/$$ $/3) #/$#, $/444 #/$," $/4-"
%&amp;amp; #2/-! #-/#2 $/-! $/-)2 $/4!! #/$#) $/-3,
’( #,/,, #"/!$ #/3! #/##$ #/$$" #/#$- #/$$$
*+ #/43 #/#) ,/)# #/3$! #/"2! #/#43 $/443
未
漏
管
% $/$#" — — — — — —
%&amp;amp; )3/-3 )!/2, #/#, $/4$- $/4-- #/$$2 $/4#)
01 3)/#3 3"/,! #/"4 #/$4# #/$#$ #/$-$ #/$$$
注：采用能譜分析儀。
（)）管內(nèi)沉淀物化學(xué)成分（光譜儀）
%&amp;amp; 含量：)3 /-3.，01 含量：3) /#3.，具體數(shù)值見(jiàn)
表#，此沉積物為含%&amp;amp;、01 的化合物。
" /" /" 已漏管檢驗(yàn)結(jié)果
（#）外觀檢查
自底部向上約" 5 到$ /# 5 處變扁，壁厚最薄
約, 55，內(nèi)表面光滑，呈褐色無(wú)明顯拔制痕跡。" 5
以上的垢層呈現(xiàn)為" 層，內(nèi)層為褐色，外層顏色加
深，除垢后管子內(nèi)壁上仍然有銹色，明顯可見(jiàn)拔制痕
跡，無(wú)明顯壁厚減薄現(xiàn)象。
（"）化學(xué)成分分析（掃描電鏡、直讀光譜儀）
見(jiàn)表#，符合$$%!’(#)*+" 鋼的化學(xué)成分要
求，’( 含量偏下限。
（,）金相分析
見(jiàn)圖4，軸向、橫向均為等軸的奧氏體晶粒。
（6） 軸向
（7） 橫向
圖- 未漏管金相照片
（6） 軸向
（7） 橫向
圖4 已漏管金相照片
（)）薄管內(nèi)附著物化學(xué)成分
· 3) ·
%89: 一分加熱器早期泄漏原因分析9+;") <’+# "$$!
薄管內(nèi)附著物化學(xué)成分能譜分析見(jiàn)表!。對(duì)薄
管內(nèi)層附著物經(jīng)能譜和衍射儀分析，附著物為無(wú)味
"#!$%
和"#&amp;amp;’!$(
的混合物。
表! 未漏管內(nèi)沉淀物化學(xué)成分分析結(jié)果
元素
重量
（)）
原子
（)）
誤差
修正
修正
因子
序數(shù)
修正
原子
修正
熒光
修正
"# *!+*% ,*+,- .+(* /+/., /+./. /+..- /+...
&amp;amp;’ (+/0 (+%/ /+-- .+-1( .+*,, /+.// .+-1(
23 !+0( 0+.* %+,( !+%1% .+-(, %+/1% .+***
45 .+%, .+-% 0+%! /+1*/ .+-(. !+!*. .+***
（0）厚、薄管內(nèi)表面形貌（掃描電鏡）
薄管內(nèi)表面的掃描電鏡圖如圖/.（6）所示，附
著物（氧化膜）質(zhì)密，但有脫落；厚管內(nèi)表面的掃描電
鏡圖見(jiàn)如圖/.（7）所示，附著物（氧化膜）較疏松。
（6） 薄管
（7） 厚管
圖/. 已漏管掃描電鏡檢查結(jié)果
（1）管內(nèi)垢層化學(xué)成分
管內(nèi)垢層最表面層化學(xué)成分見(jiàn)表%，與管壁相
接層化學(xué)成分見(jiàn)表(，最表面層和中間夾層所含元
素大致相同，都是"#、&amp;amp;’、45，只是靠近管壁的垢中含
的&amp;amp;’、45 更高些。
表% 垢層最表面層化學(xué)成分
元素
重量
（)）
原子
（)）
誤差
修正
修正
因子
序數(shù)
修正
原子
修正
熒光
修正
"# *0+,0 *!+-1 .+(- /+./% /+.// /+..! /+...
45 %+%/ 1+%, /+-0 /+101 .+-(. !+!%* .+**,
&amp;amp;’ .+,% .+,- %+,( .+-(0 .+*,* /+./! .+-((
表( 管壁相接層化學(xué)成分
元素
重量
（)）
原子
（)）
誤差
修正
修正
因子
序數(shù)
修正
原子
修正
熒光
修正
"# *.+%0 ,(+1, .+1! /+.!* /+.!! /+..- /+...
45 1+00 /!+!. /+01 /+1%/ .+-(* !+/,/ .+***
&amp;amp;’ %+/. %+/! !+01 .+--* /+... /+./% .+-1*
% 泄漏原因分析
% +/ 炸裂原因分析
從一根取樣的變扁管與內(nèi)窺鏡探傷管的分析研
究，發(fā)現(xiàn)有的管子存在變?。?8 . +% 99）和炸裂現(xiàn)
象，但二者并不矛盾。因?yàn)闊o(wú)法知曉管子變扁和炸
裂的順序，因此可以認(rèn)為變薄的管子，在每次開(kāi)停工
時(shí)，若殼程先升壓，則很薄的管子尚未泄漏時(shí)在外壓
力的情況下變扁，而炸裂的管子可能是殼程進(jìn)氣口
和管程出口關(guān)閉，因換熱器內(nèi)外壓差延長(zhǎng)，從而導(dǎo)致
其炸裂。
% +! 減薄泄漏原因分析
在對(duì)換熱管的解剖中可以發(fā)現(xiàn)管子的厚度變化
很大。節(jié)流孔堵死的管子無(wú)明顯變薄且垢層也不是
很明顯。顯然，雖然化學(xué)成分和金相組織均無(wú)明顯
差別，但內(nèi)壁腐蝕差別非常大。文獻(xiàn)［/］中的分析，
對(duì)于這次事故分析有很大的參考價(jià)值，也就是說(shuō)認(rèn)
為節(jié)流環(huán)或者換熱管與管板之間的焊縫裂紋是引發(fā)
事故的主要原因。因此也不排除管子和管板之間的
裂紋和節(jié)流環(huán)與管子之間的裂紋。因?yàn)閺牡撞垦a(bǔ)焊
的焊縫面積大小無(wú)法排除以上疑問(wèn)，見(jiàn)圖//。
因?yàn)?，如果只是單純因?yàn)楣茏有孤?，那么將?jié)流
孔焊死即可，沒(méi)必要焊如此大的面積。并且抽樣管
中的另外兩根管子顯然已經(jīng)判漏，但水壓試驗(yàn)并沒(méi)
有泄漏現(xiàn)象，作者認(rèn)為可能是由于檢驗(yàn)員誤判或者
是因?yàn)楣茏优c管板之間發(fā)生泄漏，但流速無(wú)明顯變
化，因此管內(nèi)壁的沖刷不明顯，而內(nèi)壁明顯減薄是由
于節(jié)流環(huán)與換熱管之間裂紋泄漏，也可能是節(jié)流孔
· 00 ·
第!( 卷第/ 期壓力容器第/-. 期
擴(kuò)大嚴(yán)重（見(jiàn)圖!"），使管子中的流速增大，從工藝
流程和內(nèi)窺鏡照片可以看出，自下而上" # 左右處
為汽化段，此處由于流速增大，腐蝕層不斷地被沖
刷，故無(wú)垢層。
圖!! 焊死管與管板焊接面積示意
圖!" 已漏管厚薄不均示意
$ 解決措施
（!）降低單位處理量，從工藝上防止貧氧腐蝕的
發(fā)生。
（"）改變換熱器與管板焊接接頭形式，將不留管
頭的焊接方式改為采用氬弧焊焊接，并對(duì)換熱管采
用先脹后焊，即氬弧焊先自熔（不填焊絲）再填加焊
絲焊一遍即可。如圖!% 所示。
（%）增加節(jié)流環(huán)的長(zhǎng)度到$&amp;amp; ##，并帶一定的錐
度，大端應(yīng)有換熱管，是實(shí)際內(nèi)孔&amp;amp; ’ $倍的過(guò)盈量，
小端應(yīng)小于&amp;amp; ’! ##，便于節(jié)流環(huán)打入，并與下管端
平齊，再用氬弧焊焊接一遍。依據(jù)以往化肥系統(tǒng)換
熱管堵管的經(jīng)驗(yàn)，這樣不會(huì)再產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象。因?yàn)?
此焊接方式屬于過(guò)盈配合，于是在管子與管板間產(chǎn)
生很大壓應(yīng)力，這樣節(jié)流環(huán)與管壁的很大貼合力可
保證不再發(fā)生泄漏。
圖!% 改進(jìn)的焊接接頭形式
( 結(jié)論
（!）選擇合理單位處理量，避免超負(fù)荷生產(chǎn)，防
止貧氧腐蝕是提高設(shè)備使用壽命的首要條件；
（"）保證&amp;amp;&amp;amp;)*!+,-!$./" 材料的)*、,- 含量的
上限值是保證該材料在尿素裝置中使用的最經(jīng)濟(jì)條
件；
（%）采用下端管板與換熱管的焊接接頭形式，從
而保留管頭的氬弧焊及加長(zhǎng)截流患并留錐度過(guò)盈
量，將節(jié)流環(huán)打入的方式是防止泄露最可靠的措施。
參考文獻(xiàn)：
［!］ 梅奇，徐朗，朱仁清，等0 一分加熱器早期泄漏失效分析
［1］0 四川化工與腐蝕控制，"&amp;amp;&amp;amp;%，2（!）’
收稿日期："&amp;amp;&amp;amp;2 3 &amp;amp;4 3 !&amp;amp; 修稿日期："&amp;amp;&amp;amp;2 3 !&amp;amp; 3 "+
作者簡(jiǎn)介：何世恒，主要從事鍋爐壓力容器檢驗(yàn)評(píng)價(jià)研究，通
訊地址：山東省濟(jì)南市山大路5
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
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