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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源：山東省特種設備檢驗研究院山東勞動職業技術學院		點擊數：	更新時間： 2025年09月29日
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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!
（! # 山東省特種設備檢驗研究院，山東濟南"$%%!&amp;amp;；" # 山東勞動職業技術學院，山東濟南"$%%""）
摘要：通過對失效換熱器現場調查，換熱管試樣的化學成分、金相組織、測厚、垢層化學成分的分布
形狀等分析，結合內窺鏡對換熱器內部形態的表面狀況的檢查結果及泄漏管的堵漏焊縫形態等的
研究，分析了換熱管減薄、炸裂、變扁、泄漏的原因及防止發生上述事故的操作要求，并進一步對結
構進行了改進。
關鍵詞：失效換熱管；試樣分析；內窺鏡檢查；操作要求；結構改進
中圖分類號：’(%$!#$ 文獻標識碼：) 文章編號：!%%! * +,&amp;amp;-（"%%-）%! * %%$" * %$
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7=3H82
! 概述
某尿素生產企業一臺一分加熱器在"%%+ 年!!
月中旬開工后，不到半個月的時間，就因換熱器泄漏
而停工進行堵漏處理。至"%%$ 年P 月更換，在半年
多的時間里，前后因換熱器泄漏而停工七、八次之
多，為查清泄漏原因，對該換熱器進行現場觀察并取
樣分析。
該換熱器是一臺材料為%%E=!-Q;!+R3"、直徑
,%% CC 的膨脹節的圓形管板換熱器。其原理圖如
圖! 所示。從管板堵管的痕跡可以看出，有!! 根管
進行了堵漏處理（見圖"）。對于!! 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
部節流孔被垢物堵死的一根管作為試樣，見圖&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，未發現
泄漏及異常變形，并對其管垢物進行成分分析、金相
檢查、剖開后觀察垢層形狀及顏色，并將內表面狀況
與內窺鏡檢查結果進行比較分析研究。
· $" ·
圖! 原理圖
!" 下管箱；#" 下管板；$" 換熱管；%" 格子板；&amp;amp;" 殼體；’" 上管板；
(" 封頭；)" 膨脹節；*" 支座；! " 尿液進口；" " 尿液出口；# " 惰性氣體
出口；$ " 蒸汽進口；% " 冷凝液出口；&amp;amp; " 排液口
圖# 判漏管示意
圖$ 已漏管示意
# 檢驗與結果分析
# "! 內窺鏡檢驗
對兩端焊死和抽查的無漏管進行內窺鏡檢查，
發現在約# + 處有明顯的環狀界痕（見圖%），且# +
以下無垢層，其余則有的有垢層，有的無垢層。用內
窺鏡對其中一根兩端焊死管進行檢查時，發現離底
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。在內窺鏡檢查
中還發現，兩端焊死管及未發生泄漏的管子，其內壁
均有光滑段和蝕坑段，如圖’ 所示。
圖% 約# + 處內窺鏡檢查結果示意
圖&amp;amp; 炸裂口示意
圖’ 腐蝕凹坑示意
# "# 檢驗結果分析
# "# "! 未漏管檢驗結果
（!）外觀檢查
壁厚無明顯均勻減薄現象，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，內壁有腐蝕坑和內窺鏡觀察到的相似（見圖
(），上部無垢層。
· &amp;amp;$ ·
第#% 卷第! 期壓力容器第!(, 期
圖! 未漏管剖開圖
（"）化學成分分析（掃描電鏡、直讀光譜儀）
見表#，符合$$%!’(#)*+" 鋼的化學成分要
求，’( 含量偏下限。
（,）金相分析
見圖-，軸向、橫向均為等軸的奧氏體晶粒。
表# 未漏管化學成分分析結果
項目
重量
（.）
原子
（.）
誤差
修正
修正
因子
序數
修正
原子
修正
熒光
修正
已
漏
管
% $/$## — — — — — —
01 2!/-3 2-/$$ $/3) #/$#, $/444 #/$," $/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。
（)）管內沉淀物化學成分（光譜儀）
%&amp;amp; 含量：)3 /-3.，01 含量：3) /#3.，具體數值見
表#，此沉積物為含%&amp;amp;、01 的化合物。
" /" /" 已漏管檢驗結果
（#）外觀檢查
自底部向上約" 5 到$ /# 5 處變扁，壁厚最薄
約, 55，內表面光滑，呈褐色無明顯拔制痕跡。" 5
以上的垢層呈現為" 層，內層為褐色，外層顏色加
深，除垢后管子內壁上仍然有銹色，明顯可見拔制痕
跡，無明顯壁厚減薄現象。
（"）化學成分分析（掃描電鏡、直讀光譜儀）
見表#，符合$$%!’(#)*+" 鋼的化學成分要
求，’( 含量偏下限。
（,）金相分析
見圖4，軸向、橫向均為等軸的奧氏體晶粒。
（6） 軸向
（7） 橫向
圖- 未漏管金相照片
（6） 軸向
（7） 橫向
圖4 已漏管金相照片
（)）薄管內附著物化學成分
· 3) ·
%89: 一分加熱器早期泄漏原因分析9+;") <’+# "$$!
薄管內附著物化學成分能譜分析見表!。對薄
管內層附著物經能譜和衍射儀分析，附著物為無味
"#!$%
和"#&amp;amp;’!$(
的混合物。
表! 未漏管內沉淀物化學成分分析結果
元素
重量
（)）
原子
（)）
誤差
修正
修正
因子
序數
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、薄管內表面形貌（掃描電鏡）
薄管內表面的掃描電鏡圖如圖/.（6）所示，附
著物（氧化膜）質密，但有脫落；厚管內表面的掃描電
鏡圖見如圖/.（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果
（1）管內垢層化學成分
管內垢層最表面層化學成分見表%，與管壁相
接層化學成分見表(，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% 垢層最表面層化學成分
元素
重量
（)）
原子
（)）
誤差
修正
修正
因子
序數
修正
原子
修正
熒光
修正
"# *0+,0 *!+-1 .+(- /+./% /+.// /+..! /+...
45 %+%/ 1+%, /+-0 /+101 .+-(. !+!%* .+**,
&amp;amp;’ .+,% .+,- %+,( .+-(0 .+*,* /+./! .+-((
表( 管壁相接層化學成分
元素
重量
（)）
原子
（)）
誤差
修正
修正
因子
序數
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窺鏡探傷管的分析研
究，發現有的管子存在變薄（ 8 . +% 99）和炸裂現
象，但二者并不矛盾。因為無法知曉管子變扁和炸
裂的順序，因此可以認為變薄的管子，在每次開停工
時，若殼程先升壓，則很薄的管子尚未泄漏時在外壓
力的情況下變扁，而炸裂的管子可能是殼程進氣口
和管程出口關閉，因換熱器內外壓差延長，從而導致
其炸裂。
% +! 減薄泄漏原因分析
在對換熱管的解剖中可以發現管子的厚度變化
很大。節流孔堵死的管子無明顯變薄且垢層也不是
很明顯。顯然，雖然化學成分和金相組織均無明顯
差別，但內壁腐蝕差別非常大。文獻［/］中的分析，
對于這次事故分析有很大的參考價值，也就是說認
為節流環或者換熱管與管板之間的焊縫裂紋是引發
事故的主要原因。因此也不排除管子和管板之間的
裂紋和節流環與管子之間的裂紋。因為從底部補焊
的焊縫面積大小無法排除以上疑問，見圖//。
因為，如果只是單純因為管子泄漏，那么將節流
孔焊死即可，沒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判漏，但水壓試驗并沒
有泄漏現象，作者認為可能是由于檢驗員誤判或者
是因為管子與管板之間發生泄漏，但流速無明顯變
化，因此管內壁的沖刷不明顯，而內壁明顯減薄是由
于節流環與換熱管之間裂紋泄漏，也可能是節流孔
· 00 ·
第!( 卷第/ 期壓力容器第/-. 期
擴大嚴重（見圖!"），使管子中的流速增大，從工藝
流程和內窺鏡照片可以看出，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。
（%）增加節流環的長度到$&amp;amp; ##，并帶一定的錐
度，大端應有換熱管，是實際內孔&amp;amp; ’ $倍的過盈量，
小端應小于&amp;amp; ’! ##，便于節流環打入，并與下管端
平齊，再用氬弧焊焊接一遍。依據以往化肥系統換
熱管堵管的經驗，這樣不會再產生泄漏現象。因為
此焊接方式屬于過盈配合，于是在管子與管板間產
生很大壓應力，這樣節流環與管壁的很大貼合力可
保證不再發生泄漏。
圖!% 改進的焊接接頭形式
( 結論
（!）選擇合理單位處理量，避免超負荷生產，防
止貧氧腐蝕是提高設備使用壽命的首要條件；
（"）保證&amp;amp;&amp;amp;)*!+,-!$./" 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濟條
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截流患并留錐度過盈
量，將節流環打入的方式是防止泄露最可靠的措施。
參考文獻：
［!］ 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 "+
作者簡介：何世恒，主要從事鍋爐壓力容器檢驗評價研究，通
訊地址：山東省濟南市山大路5
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)678 一分加熱器早期泄漏原因分析7/9"$ 0,/! "&amp;amp;&amp;amp;+

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