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摘 要：文章对干燥器进料激冷器泄漏部位进行了宏观检查、化学成分分析、金相分析等多种形式的理化分析。通过分析给出了该激冷器泄漏原因为换热管与管板相连的角焊缝焊接质量差，显著削弱了焊接接头的强度并造成应力集中。提出了防止激冷器泄漏的应对措施。
关键词：激冷器；泄漏；应对措施
乙烯装置干燥器进料激冷器于2009年投用，用13℃的丙烯冷剂给裂解气降温，将裂解气温度控制在16℃，保证裂解气干燥器及后续系统正常运行，其主要技术参数见表1。运行期间未出现超温、超压和管壳程间压差严重波动现象。2012年9月在乙烯装置停车大检修期间发现换热管泄漏，封堵处理后继续运行。2013年9月该激冷器再次发生泄漏，因装置连续运行，故带病运行至2014年5月对其壳体进行了整体更换。为查清泄漏原因，避免类似泄漏重复发生，对更换下的激冷器取样分析。
1 理化分析
1.1 宏观检查
1.1.1 管板表面宏观检查。宏观检查发现管板的管头上有3处进行了堵头焊堵，另有3处焊缝存在明显的补焊现象（图1），比较与其他换热管角焊缝处的成型（图2），发现上述部位焊接接头成型较差（图3），且管头伸出长度不足。
1.1.2 管板与管子剖面检查贴胀情况检查
为检查管板与管子贴胀情况，沿着失效换热管轴向剖开后，发现管板与管子间存在明显缝隙，普遍存在欠胀现象。见图4。解剖试样的角焊缝成型情况，发现其中一个部位经过补焊处理，5个部位以化学试剂侵蚀显示出焊缝宏观形貌，角焊缝焊接质量较差，存在严重的未熔合、气孔以及焊缝高度不足等焊接缺陷现象。
1.2 表面探伤
对样品进行表面探伤（PT+MT），发现部分角焊缝上有环向裂纹，裂纹长度约5mm～9mm。
1.3 化学成分分析与硬度测试
分别对管板和换热管取样进行化学成分分析，分析结果表明：取样分析的管板化学成分能满足NB/T 47008-2010《承压设备用碳素钢和合金钢锻件标准》中对16Mn锻件的化学成分要求；取样分析的换热管化学成分满足GB/T 699-1999《优质碳素结构钢》对10#钢管的化学成分要求，见表2。对样品的管板、换热管、管板与换热管连接的角焊缝及热影响区进行硬度测试。测试结果表明，角焊缝金属的硬度偏高，其他测试部位硬度基本正常。
1.4 金相分析
针对解剖的5个管子与管板连接的角焊缝进行金相观察，发现未熔合处均已诱发了裂纹，裂纹虽未穿透焊缝，但距离焊缝外表面仅有0.43mm～0.62mm，其中一处裂纹尖端恰好在补焊焊道的熔合线上，说明该处曾有过泄漏后又经补焊的情况。5个试样上的裂纹均在未熔合缺陷端部萌生，裂纹为传经扩展。
1.5 断口分析
宏观检查端口裂纹已经穿透，断面上可见明显的未熔合及宏观气孔缺陷。超声波清洗之后采用扫描电镜微观分析，结果显示断裂面上气孔较多，基本呈直线状并距焊缝外表面约0.5mm，有的气孔已基本与外表面连上，有的气孔周边呈韧窝断裂，有的气孔边缘既有解理面又有韧窝。未熔合面微观呈高温自由凝固表面形态。
1.6 X-射线能谱分析
用X射线能谱仪对端口进行腐蚀产物分析。分析结果表面，端口上主要为氧元素和铁元素，未发现硫、氯等腐蚀性元素。
2 泄漏原因
理化分析结果表明，开裂部位管板与换热管材质基本正常，发生开裂换热管与管板相连的角焊缝焊接质量非常差，存在严重的未熔合、气孔及焊缝高度不足等缺陷，显著削弱了焊接接头的强度并造成应力集中。失效激冷器为固定管板结构，管板与换热管设计采用强度焊+贴胀结构，因此运行过程中换热管与管板连接角焊缝上一方面要承受内压及温度作用下换热管膨胀或收缩产生的轴向拉力，另一方面，由于换热管存在明显的欠胀现象，一旦管束振动，载荷会直接传递到角焊缝上。据此分析认为，换热管与管板连接焊缝泄漏是在换热管承受的拉脱力以及可能存在的管束振动的影响下，焊缝中的焊接缺陷处萌生裂纹造成的。综上所述，乙烯装置干燥器进料急冷器管板开裂泄漏是运行过程中激冷器承受的拉脱力及可能存在的管束振动的影响下，焊接缺陷处萌生出裂纹并引起泄漏。
3 应对措施
乙烯装置干燥器进料急冷器泄漏根本原因要求我们必须加强设备制造控制。设备制造过程中首先应加强焊接质量控制，确保换热管与管板相连的角焊缝焊接质量过关，对于采用强度焊+贴胀结构的激冷器其换热管与管板部位贴胀应充分。对新更换的激冷器进行了监控，运行一年多来未发现问题。
作者简介：季杰（1976，8-），女，民族：汉族，籍贯：天津，2000年7月毕业于南昌航空大学腐蚀与防护专业，学位：工学士，现岗位：中沙石化设备管理部静设备工程师，技术职称：中级工程师。