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不锈钢锅炉取样冷却器改造原因及设计方案介绍?
发布时间:2023/4/6 点击次数:537

不锈钢锅炉取样冷却器改造原因及设计方案介绍?
 

分折了不锈钢锅炉取样冷却器失效原因,论述了用钛材取代不锈钢的可行性,介紹了改造方案设计及部分关键问题的处理,对类似的设备改造有一定的借參作用。

某公司使用的大型锅炉取样冷却器(管程材料00Crl7Nil4Mo2,壳程材料16MnR,容器类别为一类)的技术参数见表1,运行数月后出现泄漏。

1锅炉取样冷却器技术参数

项目

设计压力

/MPa

高工作压力

/MPa

设计温度

/V.

物料名称

壳程

1.0

0.6

80

循环水

管程

1.0

0.45

180

炉气或窑气

1锅炉取样冷却器失效原因分析及改造方案

换热器要想获得理想的使用效果,除满足换热要求外,设备材料的选择,会对设备的使用寿命起决定性的影响,特别是在一定的工况下,不当地选用了不锈钢换热管材料,可能很快造成换热管破裂,导致设备失效。换热管破裂大部分属于应力腐蚀失效。产生应力腐蚀的条件主要有特定成分及组织的金属,特定的环境和足鬱大的拉应力。

提出了锅炉取样冷却器的改造方案,即按上述方法将原换热管材质改为TA2;管板(16MnR+00Crl7Nil4Mo2)改为复合板(16MnR同时,按用户要求增加壳程排污能力。为尽量降低改造费用,除换热管、管板等部件外,其他仍利用原设备上的部件。

2取样冷却器改造设备的总体设计

锅炉取样冷却器的结构形式见图1。由于该锅炉取样冷却器主要受压元件换热管的管板材质均已发生变化,因此应重新进行设计。设计的基本原则是:满足原设备接口尺寸方位,确立新的钛复合管板厚度。由于原设备运行时间很短,可以认为除换热管、管板外,原设计是有效的。为确保上、下管箱与新管板顺利安装,螺栓孔的大小与个数,密封面尺寸必须与原管板保持一致。

取样冷却器改造设备的设计除满足GB150-1998,GB151-1999.GB16749—1997、HG20584—1998,(压力容器安全技术监察规程》外,还应满足JB/T4745-2002。对改造后的复合板,应提出比GB/T8547-1987更严格的技术指标,如复合板的不平度等,其他要求按0类板指标。换热管接头焊后拉伸强度不低于主体母材强度。根据LANSYSPV1.2计算钛复合总厚度为72mm.根据锅炉取样冷却器使用地域水质较脏的特点,把原来的1个DN32的排污口,改为3个均布的DN50排污口,以满足充分的排污需要。

3管接头焊接结构设计及力学试验

增加管接头的目的主要有2个:降低换热管与管板直接焊接的难度;增加换热管与管板的连接强度,提高管接头对介质冲刷耐磨损程度。管接头的设计型式如图2所示。X为管接头结构尺寸,乙为管接头的总长度。为保证设计提出的管接头拉伸强度不低于母材强度的要求,在管外径相同的条件下,只有通过调整X,才能保证有足够的焊肉,进而达到接头连接的强度指标。表2为满足强度指标所做的3组数据,从3组平均值看,已经达到了设计要求,设1锅炉取样冷却器结构图2管接头结构

 

2管接头拉伸试件数据表

MPa

组别

试件1

试件2

平均值

1

285.077

350.51

317.794

2

357.207

379.783

368.495

3

435.077

448.215

441.646

计要求为440MPa.

为保证焊接质量,在管接头焊接时,应进行严格的内外氧气保护,觎气纯度要求99.99%。焊接工艺参数按3组试件2给定的参数。

4、取样冷却器改造工艺的总体设计

取样冷却器改造依据重新设计图纸进行。为保证大限度地利用原设备壳体,拟在焊割线A、B处剖开。

具体步骤如下:将上、下管箱移去;用高压水射流将换热管内附着的炉气灰垢清除干净;将换热管从管板上拆除。紧贴上、下管板位置将锅炉取样冷却器壳体割下。测量壳体总长度和N2、N4距邻近两端距离。由于新冷凝器管板厚度比原管板厚,减去切割损耗,在单方向是能够满足原设备的尺寸要求的,但另一端无法满足与相邻管孔的尺寸要求。选择按焊割线A、B处剖开,重新加工一段短节与旧壳体焊接,焊接后壳体总长度按新设计图纸长度(新设计图纸已考虑管板增厚因素),再将旧壳体上的N4接口移到新短节上。新组装的壳体与新的钛复合管板组焊后,应与旧设备的管口方位与尺寸一致。

考虑到原设备运行时间并不长,腐蚀较轻,为尽可能地降低改造成本,将原折流栅喷沙处理后再利用。

5取样冷却器设备改造中的检验

为保证冷凝器制造质量,应加强设备各制造环节的检验,主要有:

5.1钛复合管板的复验

GB/T8547-1987,管板用复合板0类,检测标准按JB4730—1994中的8.3。

5.2换热管接头的焊接检验

根据焊接接头的表面颜色,判定鏡气的保护效果。焊接接头表面颜色只容许银白色和金黄色2种,其他颜色为不合格。为保证每根换热管的质量,还要对每根换热管进行耐压试验和气密性试验,耐压试验压力取1.5倍的设计压力,气密性试验压力取设计压力。

5.3换热管与管板的焊接检验

先应保证换热管伸出管板的长度一致,可用用的工具进行加工。施焊前,应将焊接部位清理干净。换热管与管板的焊接颜色要求为银白色和金黄色。必要时,焊接接头用10倍放大镜进行100%检査,不应有裂纹、未熔合、气孔、弧坑和夹杂、飞溅物等缺陷。

台改造的钛锅炉取样冷却器底已服役近2年半,设备运行正常。到目前为止,已经为用户改造了6台,都相继投入运行,用户反映良好。

近年来,不锈钢换热器得到了越来越广泛地使用,但使用中也暴露出一些问题,主要是部分用户在选型时,对本地的水质资料不掌握,不了解奥氏体不锈钢应力腐蚀成因,选材存在一定的盲从性。在含量偏高场合下,应选用对应力腐蚀不敏感的材料。对已经使用了奥氏体不锈钢制造的失效设备,可以通过类似的改造重新使用。

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