合成氨高压废热锅炉炉管失效原因分析及改造措施
摘要合成氨高压废热锅炉为合成单元关键设备，自2005年开始陆续出现炉管泄漏现象。为保障装置的长周期运行，2010年对该设备进行了更新改造，取得了较好的效果。【关键词】废热锅炉炉管；失效原因分析；改造措施中国石油吉林石化公司合成氨装置高压废热锅炉为合成单元关键设备，其作用是将合成塔送过来的156Mpa、440℃合成气冷却到290℃，同时将锅炉水加热产生106Mpa的高压蒸汽。设备为立置U形管式换热器，共计有210根U形管炉管，炉管布管采用内外分区方式，即每一根U形炉管一侧在内区，另一侧在外区。外区炉管是锅炉给水预热段，内区炉管是锅炉蒸发段。在炉管的内外区中间设置了衬筒，将预热段与蒸发段分开。设备结构如图1。1原设备特征参数11设计与操作参数见表11．2合成气组成见表22设备失效情况该设备2003年6月投入运行，2005年12月突然出现炉管大量泄漏合成气现象。紧急停车后拆卸设备封头试压发现有19根炉管出现泄漏，对泄漏的炉管用堵塞堵死再焊接的方法消除了漏点。但在随后的几年里又出现了其它炉管泄漏的现象，至2010年已累计发现26根炉管泄漏失效如图2。虽然都进行了打堵焊接消漏，但是设备的换热效果明显下降，同时合成气窜入到蒸汽中给安全生产带来很大的威胁。3炉管泄漏原因分析从几次泄漏现象上看泄漏点均不是炉管与管板的焊接接头处，分析认为泄漏点应在炉管上。我们从设备结构图以及日常操作工况条件等方面进行了分析，找到了炉管泄漏的原因。3．1设备结构设计缺陷造成设备失效。（1）炉管运行中存在温差应力。由于每一根炉管被分成内外两个区，在外区的炉管是锅炉水的预热段，其温度接近锅炉水温度即187℃；在内区的炉管是蒸发段，其温度接近蒸汽温度即310℃，这样每一根炉管内外区温差在123℃左右，内区炉管长度方向上的膨胀量比外区炉管的膨胀量大12mm左右，这势必产生很大的温差应力使炉管向外侧弯曲。炉管直管长度约8米，炉管向外侧弯曲时折流板约束着炉管弯曲，这样折流板上管孔对炉管产生“刀切”效应，长时间的作用下致使炉管局部出现漏点。（2）汽、水混合物循环不畅通。原设备折流板开孔直径为ф11，直径较小，产生的蒸汽受到压抑不能自然向上流动，可引起偏流，造成炉管局部过热。另外原设备底部锅炉水入口只有一个且没有导流板，锅炉水进入后不能很好的分布直接冲刷预热段炉管，这也造成炉管局部温度过低因而失效。3．2生产操作异常r