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廢熱鍋爐事故分析及處理

文檔作者：趙寰文檔來源：四川維尼綸廠化工廠		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月24日
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廢熱鍋爐事故分析及處理
趙　寰X
(四川維尼綸廠化工廠)
摘　要　敘述了廢熱鍋爐的損壞情況及檢查結(jié)果,定性分析了廢熱鍋爐事故機(jī)理,介紹了
薄管板廢熱鍋爐裂管的處理方案、耐火澆注料的選取及廢鍋殼程的清洗方案。
關(guān)鍵詞　簿管板廢熱鍋爐　換熱管裂紋　耐火澆注料　清洗
　　廢熱鍋爐E101 是四川維尼綸化工廠10
萬tPa新甲醇裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一。該廢熱鍋爐
為自然循環(huán)式臥式火管鍋爐,采用了撓性薄管板、
熱端管口保護(hù)及中心管等技術(shù)。廢熱鍋爐于
1996 年12 月投入使用,自投運(yùn)后,廢熱鍋爐進(jìn)口
管箱外壁溫度就很高,進(jìn)口管箱上半部相對下半
部高得多,局部溫度高達(dá)360 ℃,最低也有160 ℃,
因此在進(jìn)口管箱外部加了噴淋降溫設(shè)施來維持運(yùn)
行。運(yùn)行至1997 年10 月,廢熱鍋爐出口溫度逐
漸升高并達(dá)到315 ℃,超過300 ℃的設(shè)計(jì)溫度,而
廢熱鍋爐進(jìn)口轉(zhuǎn)化氣實(shí)際運(yùn)行溫度為788 ±2 ℃、
壓力為1. 9MPa ,遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)溫度和壓力。本文對
此作了定性分析,并介紹了處理方案。
1 　損壞情況及檢查結(jié)果
廢熱鍋爐的工藝技術(shù)條件見表1。
表1 　工藝技術(shù)條件
名　　稱殼　　程管　　程
設(shè)計(jì)壓力PMPa 4. 56 2. 42
工作壓力PMPa 4. 15 2. 20
設(shè)計(jì)溫度P℃ 270 300
工作溫度P℃ 250. 4 865P300
物料名稱飽和水+ 飽和蒸汽轉(zhuǎn)化氣
　　裝置全停后,對廢熱鍋爐進(jìn)行了全面檢查,發(fā)
現(xiàn)存在以下幾方面問題。
1. 1 　廢熱鍋爐出口管箱內(nèi)存在的問題
出口管箱底部堆積了大量的耐火澆注料;大
約有120 根換熱管出口端存在不同程度的堵塞,
堵塞區(qū)間在離出口管端200mm 范圍內(nèi)。
1. 2 　廢熱鍋爐進(jìn)口管箱內(nèi)存在的問題
進(jìn)口管箱的管板保護(hù)板( INCOLY2800) 變形,
并且局部存在材質(zhì)變化;管板保護(hù)板與管板間的
耐火層脫落達(dá)到2P3 , 進(jìn)口管箱筒體與管板
(15CrMo) 交接處耐火層也有局部脫落; 保護(hù)管
( INCOLOY2800) 有部分退出、彎曲變形、開裂、變
質(zhì);進(jìn)口管箱頂部耐火澆注料開裂、脫落,無石棉耐
高溫硅酸鈣隔熱板全部粉化,局部地方已被抽空。
1. 3 　檢查結(jié)果
針對廢熱鍋爐存在的上述問題,將廢熱鍋爐
前后管板、換熱管及其內(nèi)部附著的澆注料徹底清
除干凈,做著色檢查及1. 7MPa 水壓試驗(yàn),對廢熱
鍋爐存在的問題進(jìn)行了進(jìn)一步的檢查:
a . 進(jìn)口管板及換熱管端進(jìn)行100 %的著色檢
查,發(fā)現(xiàn)有5 根管子焊縫表面有氣孔;有39 根管
子端面有徑向裂紋,見圖1。
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　
圖1 　徑向裂紋
第26卷 　第5期 　　　　　　　　　　化 　工 　機(jī) 　械 　　　　　　　　　　　　　　　　2　87　
X 趙　寰,男,1964 年7 月生,工程師。重慶市,401254。
　　b. 殼程進(jìn)行1. 7MPa 水壓試驗(yàn)(限于系統(tǒng)條
件壓力無法加至4. 15MPa) ,發(fā)現(xiàn)2 根換熱管距進(jìn)
口管端10～12mm處環(huán)向斷裂;6 根換熱管距進(jìn)口
管端10～12 mm 處環(huán)向局部斷裂,見圖2 ;1 根換
熱管距進(jìn)口管端10mm處浸漏。
圖2 　環(huán)向裂紋
　　c . 將廢熱鍋爐殼程手孔拆開檢查發(fā)現(xiàn),換熱
管外壁結(jié)垢2～3mm ,高溫端結(jié)垢更為嚴(yán)重,并在
底部沉積有白色粉狀沉淀物。
2 　廢熱鍋爐事故原因分析
2. 1 　換熱管裂紋分析
從廢熱鍋爐的換熱管、耐火澆注料、保護(hù)板及
保護(hù)管的損壞情況可以得到下述結(jié)論:進(jìn)氣端保
護(hù)板與管板間耐火澆注料脫落處,就是進(jìn)口保護(hù)
管退出、彎曲變形、開裂處,也是保護(hù)板變形、材料
變化處,管子發(fā)生裂紋也在此區(qū)間內(nèi),這幾者完全
統(tǒng)一。換熱管裂紋有兩種類型:一種是管子端面
的徑向裂紋,另一種是在距進(jìn)口管端10～12 mm
處的環(huán)向裂紋。從圖2 可看出,管子環(huán)向裂紋幾
乎是在換熱管與管板焊縫根部,就在焊接最薄弱
的區(qū)間。
廢熱鍋爐自投運(yùn)就表現(xiàn)出耐火澆注料效果極
差,進(jìn)口管箱頂部溫度超過設(shè)計(jì)允許值,結(jié)合進(jìn)口
管箱內(nèi)澆注料的損壞情況,澆注料是引發(fā)這次事
故的直接原因。由于耐火澆注料的選材及施工存
在問題,管板處耐火層局部脫落,高溫轉(zhuǎn)化氣沖擊
管板及換熱管,使其溫度升高,換熱管允用應(yīng)力
[σ]下降。換熱管在運(yùn)行時是受拉應(yīng)力,使換熱
管產(chǎn)生裂紋或裂縫,高壓鍋爐水從裂紋或裂縫處
進(jìn)入管程產(chǎn)生高壓蒸汽,作用在換熱管、澆注料、
保護(hù)管及保護(hù)板上,耐火澆注料脫落加劇;保護(hù)管
退出并在冷熱作用下彎曲、變形;保護(hù)板脫落、變
形、變質(zhì),高溫轉(zhuǎn)化氣體進(jìn)一步?jīng)_擊管板,使換熱
管溫度升高,最終導(dǎo)致更多換熱管局部環(huán)向裂紋
或斷裂,換熱管進(jìn)氣端面產(chǎn)生徑向裂紋。
2. 2 　換熱管外壁結(jié)垢原因分析
對廢熱鍋爐用DW2 進(jìn)行了水質(zhì)分析,其結(jié)果
為基本合格。重慶藍(lán)星公司對垢樣進(jìn)行了分析,
主要是硫酸鹽、鐵銹、碳酸鹽及硅酸鹽綜合垢。造
成換熱管大面積結(jié)垢,是在修復(fù)轉(zhuǎn)化氣對流段翅
片管時,檢修單位在翅片管內(nèi)塞了陶纖(氬弧焊
用) ,未徹底清除干凈。轉(zhuǎn)化爐對流段翅片管廢鍋
與轉(zhuǎn)化氣廢鍋共用一個汽包F105 ,對流段翅片管
廢鍋的鍋爐水是通過P101APB 泵強(qiáng)制循環(huán)供水,
陶纖料不可能沉積在翅片管內(nèi)。而轉(zhuǎn)化氣廢熱鍋
爐E101 是通過熱力作用自身循環(huán),致使對流段翅
片管內(nèi)陶纖大量沉積在E101 底部,盡管在E101
底部有排污口,但廢熱鍋爐端部的雜質(zhì)很難排盡,
由于溫度高,使其在高溫端結(jié)垢更嚴(yán)重,并且堆積
大量的白色粉狀沉積物。
3 　廢熱鍋爐搶修的處理方案
3. 1 　換熱管裂紋的處理
3. 1. 1 　換熱管端面徑向裂紋及焊縫表面氣孔的
處理
換熱管端面徑向裂紋采用手工打磨的方法,
將有裂紋、氣孔部分徹底打磨干凈,著色檢查無裂
紋后,再進(jìn)行表面補(bǔ)焊,焊前預(yù)熱到200 ℃,采用
WEL TIG82 焊絲進(jìn)行氬弧焊修補(bǔ)。補(bǔ)焊后,保證
原焊縫高度和焊肉寬度,并進(jìn)行250～300 ℃消氫
處理,焊縫打磨光滑,冷卻24 h 后進(jìn)行著色檢查,
以無缺陷為合格。最后進(jìn)行水壓試驗(yàn),以無滲漏
為合格。工藝流程:
著色→裂紋標(biāo)注→打磨→著色→預(yù)熱→補(bǔ)焊
→消氫→打磨→著色→水壓試驗(yàn)
3. 1. 2 　換熱管環(huán)向全部斷裂的處理
管子環(huán)向全部斷裂的裂紋,采用風(fēng)動銑銑出
焊接坡口,然后補(bǔ)焊,坡口如圖3 所示。焊接采用
氬弧焊,第1 層采用Cr252Ni20 焊絲打底焊,第2
層采用WEL TIG82 焊絲蓋面工藝。消氫處理,打
磨焊縫與原管子內(nèi)表面平整,24 h 后著色檢查,最
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后進(jìn)行水壓試驗(yàn),以無漏為合格。工藝流程:
檢漏→確定漏點(diǎn)→銑削坡口→著色→預(yù)熱→
補(bǔ)焊→第1 層→著色→補(bǔ)焊第2 層→消氫→打磨
平滑→著色檢查→水壓試驗(yàn)
圖3 　焊接坡口
3. 1. 3 　換熱管局部環(huán)向裂紋的處理
在有裂紋的部位按3. 1. 2 中的處理辦法進(jìn)
行,在坡口兩端面應(yīng)銑出45°斜口以保證焊縫平滑
過渡,見圖4。坡口修復(fù)完后應(yīng)進(jìn)行著色檢查,不
允許有裂紋存在。補(bǔ)焊完后均應(yīng)進(jìn)行250～300
℃消氫處理。24 h 后著色檢查,最后進(jìn)行水壓試
驗(yàn)直至合格。其工藝流程與3. 1. 2 中的相同。
3. 2 　耐火澆注料的處理
3. 2. 1 　耐火澆注料的選取
從上述事故原因分析可知,廢熱鍋爐搶修修
復(fù)的關(guān)鍵就是耐火澆注料的選取。原用的澆注料
是ZJQ21000 型氧化鋁空心球輕質(zhì)隔熱澆注料, 其
　
　
　
　
　
　
　
　
　
　
圖4 　焊接坡口
耐火度及抗壓強(qiáng)度都較低,不能滿足轉(zhuǎn)化氣廢熱
鍋爐的工況要求。搶修時,進(jìn)口管箱采用了涪陵
816 廠使用較成功的剛玉高鋁澆注料,型號GC2
94 ,主要化學(xué)成分:Al2O3 ≥95 %、SiO2 ≤0. 5 %、
Fe2O3 ≤0. 7 %,耐火度及抗壓強(qiáng)度均有較大提高。
取消了進(jìn)口管箱澆注料外的保護(hù)板。低含量的
SiO2 、Fe2O3 確保了在有高溫還原氣體(H2 ) 下澆注
料不會汽化流失。出口管箱仍采用涪陵816 廠使
用的VSL250 保溫澆注料,主要起保溫隔熱作用。
主要物理性能對比見表2。
表2 　保溫澆注料主要物理性能對比
名　　稱ZJQ21000 GC294 VSL250
耐火度P℃ 1 000 > 1 790 —
體積密度Pg·cm- 3 1 2. 8～3. 0 1. 15 ±0. 05
耐壓強(qiáng)度PMPa ≥4. 0 (100 ℃×24 h) ≥40 (100 ℃×24 h) ≥3. 0 (110 ℃×24 h)
重?zé)€收縮P% ≤- 0. 3 (900 ℃) ±0. 31(400 ℃×3 h) < 0. 15(400 ℃×24 h)
導(dǎo)熱系數(shù)PW·m- 1·K- 1 0. 22(500 ℃) — < 0. 28(500 ℃)
3. 2. 2 　耐火澆注料的澆注
耐火澆注料的澆注是這次修復(fù)的重要控制環(huán)
節(jié)之一。對澆注層的制模、保護(hù)管的安裝、澆注料
的拌制以及澆注料的養(yǎng)護(hù)等制定了嚴(yán)格的施工管
理規(guī)定,并全過程實(shí)行質(zhì)量監(jiān)控,確保了施工質(zhì)
量。并根據(jù)耐火澆注料特性,制定了烘爐方案及
烘爐曲線。
3. 3 　廢熱鍋爐殼程的化學(xué)清洗
廢熱鍋爐換熱管結(jié)垢較嚴(yán)重,采取化學(xué)清洗
的方法除去水垢,否則會影響廢熱鍋爐的運(yùn)行周
期。委托重慶藍(lán)星公司作了腐蝕率測定報(bào)告及化
學(xué)清洗方案,原輔料及配方為:
原　料　乙二胺四乙酸二鈉鹽L971 　100 kg
緩蝕劑　LX009 　1kg
表面活性劑　十二烷基磺酸鈉　0. 5～1kg
輔　料　NaOH 　10～20kg
純　水　1 000 kg
用水沖洗干凈系統(tǒng),配制好清洗劑,注入廢熱
鍋爐,直到全部換熱管被浸泡,緩慢導(dǎo)入S6 蒸汽
直至將清洗液加熱至80～120 ℃,在此溫度下煮
沸48 h ,維持清洗液的pH = 10～12 ,在煮沸過程中
每隔30min 檢測一次pH 值。清洗完畢后,排除清
洗液及沉渣污物,用純水沖洗并分析進(jìn)出口的pH
值,直至相等后,停止沖洗。清洗結(jié)果檢查:
a . 除垢面積達(dá)到原水垢覆蓋面積的60 %以
上。
第26卷 　第5期 　　　　　　　　　　化 　工 　機(jī) 　械 　　　　　　　　　　　　　　　　2　89　
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b. 腐蝕試片的金屬表面平均腐蝕速度小于
10gP(m2·h) ,并形成良好的鈍化膜。
4 　結(jié)束語
廢熱鍋爐修復(fù)投運(yùn)后,進(jìn)口管箱外壁溫度下
降到120 ℃左右,取消了噴淋水,減少了廢熱鍋爐
的熱損失,保證了廢熱鍋爐的安全運(yùn)行。
該廢熱鍋爐運(yùn)行至1998 年5 月大修時,檢查
未發(fā)現(xiàn)換熱管裂管,耐火澆注料也未發(fā)生汽化流
失、開裂及脫落。實(shí)踐證明,筆者對廢熱鍋爐事故
原因的分析是準(zhǔn)確的,對換熱管的修復(fù)、澆注料的
選取及施工、殼程的化學(xué)清洗都是完全可行的。
參　考　文　獻(xiàn)
1 　化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書編輯委員會. 廢熱鍋爐設(shè)計(jì). 上海:
上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1989
2 　BABCOCK公司. 耐火材料襯里安裝規(guī)程和熱干燥.
1991
3 　沈保羅,李旭初,蔣太郁. 廢熱鍋爐熱交換管早期開裂
失效分析. 化工機(jī)械,1996 ,23(3) :185～163
(收稿日期:1999204207)
　2　90　　　　　　　　　　　　　　　　化 　工 　機(jī) 　械 　　　　　　　　　　　　　　　1999年
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cept in optimum structure ,and the optimum design and manufac2
ture were made for the up and down nozzles in spherical vessels
of super2high strength pressure steel for space flight. The practical
check and test show that the design reduced the weight of vessels
and raised explosion pressure of vessels.
Key Words :Full Stress Design ,Pressure Vessel ,Finite Ele2
ment Method
Development and applications of spraying2drying tech2
nique for pa sty materials.Wang Jiangwen ,Li Zhenfa ,Tian Rui ,
Shi Zhigang ( Inner Mongolia Polytechnic University ,Huhehaote ,
Inner Mongolia ,China) ???????????? (275)
The common drying methods of pasty ,non2Newtonian fluid
at home and abroad were presented , and the characteristics of
chlortetracyline paste with 60 %～70 % water content were anal2
ysed. The difficulties of transportation and atomization during dry2
ing the material and the improvements were proposed ,and the ap2
plication examples of the technique were given.
Key Words :Paste ,Spraying2Drying
Development of 1. 2m3 multi2functional stirring reac2
tors.Ma Zhenjie (Economy &amp;amp;Trade Committee of Dongying Dis2
trict ,Dongying ,Shandong ,China) ????????? (278)
The keys of design and manufacture of 1. 2m3 multi2func2
tional stirring reactors were presented , the reactors have good
suitability and stable performanec ,and are particularly suitable for
labs and small2scale chemical plants.
Key Words :Reactor ,Stirrer ,Design ,Manufacture
Applications of artificial neural network and failure a s2
se ssment diagram in the safety e stimation of pre ssure ve s2
sels. Yu Shurong ,Li Erguo ,Jia Li (Gansu University of Technol2
ogy ,Lanzhou ,Gansu ,China) ?????????? (280)
The artificial neural network and failure assessment diagram
were used to do the safety estimation of pressure vessels ,the sam2
ple assessment result is in agreement with R6 failure diagram as2
sessment result ,and the sensitive analysis of parameters was made
for the assessment results. The analysis result was satisfactory.
The artificial neural network provides an efficient method for the
intelligent safety assessment of pressure vessels.
Key Words : Pressure Vessel , Safety Assessment , Failure
Assessment Diagram ,Artificial Neural Network
Re searche s on the strength of fracture and fatigue of
the heat exchange tube s in condensers.Duan Wenjiang ,Qian
Zhenming (Chongqing University ,Chongqing ,China) ? (284)
The crack expansions and fatigue life of the heat exchange
tubes in condensers in high pressure methylamine pumps were
studied by using the fracture mechanics theory , and the critical
crack sizes and fatigue life were calculated. The results show that
the service life of the pumps can be extended in normal working
conditions when the crack sizes are below the critical value.
Key Words :Heat Exchange Tube ,Fracture ,Fatigue
Analysis and treatment of accidents in wa ste heat boil2
ers. Zhao Huan ( Chemical Plant , Sichuan Vinylon Factory ,
Chongqing ,China) ?????????????? (287)
The damages and check of the waste heat boilers were de2
scribed ,the accident mechanism was qualitatively analysed. The
treatment plan ,the selection of pouring materials , and the shell
cleaning of the thin shell and tube waste heat boilers were pre2
sented.
Key Words :Thin Shell and Tube Waste Heat Boiler ,Crack
of Heat Exchange Tube ,Fire Resistant Pouring Material ,Cleaning
Technical Improvements of 3R23036 Raymond Mills. Li
Qihua (Shaoguan Chemical Plant ,Shaoguan ,Guangdong ,China)
???????????????????? (291)
The problems in titanium dioxide powder comminution using
3R23036 Raymond Mills were analysed ,and some improvements
were proposed.
Key Words :Raymond Mill ,Defect ,Improvement
Machinery seal systems for the filter pump s of white
oil. Dou Qianming ( Petrochemical Plant , Gansu Sanxing Petro2
chemical Group Share Co.Ltd ,Lanzhou ,Gansu ,China )
(293)
??
????????????????????
An analysis was made for the previous filter pumps of white
oil and their inconvenience ,the newly2selected filter pumps and
their machinery seal systems were presented.
Key Words :Filter Pump ,Machinery Seal System
Improvements of the evaporating chambers in the ex2
ternal circulation evaporators.Li Jianguang (Changshu Inspec2
tion Institute of Boilers and Pressure Vessels ,Changshu ,Jiangsu ,
China) ?????????????????? (295)
The fluctuation of evaporating quantity and the leakage pho2
nomenon of the materials were separately analysed for the external
circulation evaporators and some improvements were proposed.
Key Words : External Circulation Evaporator , Evaporating
Quantity ,Whirling Fluid
Improvements of the stirring structure in a reactor. Lü
Zhixian (Ningxia Ningxiner Biotechnology Engineering Co Ltd ,
Yinchuan ,Ningxia ,China) ??????????? (297)
The stirring structure problems of neutralized reactors in op2
eration were proposed ,the causes were analysed ,and the corre2
sponding improvement plan was made.
Key Words :Reactor ,Stirring Stucture ,Improvement
第26卷 　第4期 　　　　　　　　　　化 　工 　機(jī) 　械

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