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蒸汽电加热器壳体裂纹的原因分析及应对措施
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摘要：某分子筛装置蒸汽电加热器运行不足1年后壳体发生严重裂纹泄漏，无法正常使用。本文对蒸汽电加热器壳体进行强度核算，验证其设计合规性。同时从安装、运行、腐蚀等方面对压力容器裂纹原因进行分析，制定故障防范措施，对同类设备的安全稳定运行提供参考。
【关键字】：蒸汽电加热器；裂纹；原因分析；防范措施
引言
某分子筛装置于2017年07月对装置焙烧炉炉筒蒸汽线设计增装电加热装置，将饱和蒸汽升温变成500℃过热蒸汽，再进入炉筒，以保证分子筛超稳化效果。电加热器壳体的结构主要是筒体、蒸汽出入口、封头、排污口、鞍座等。管网内饱和蒸汽由蒸汽电加热器入口接入壳体，经过电加热管束组加热升温后由出口排出输送至焙烧炉内。
电加热器壳体主要技术特性如下所示：
表1蒸汽电加热器技术参数
设备名称
电加热器壳体
加热介质
饱和蒸汽
进口温度/℃
140—200
出口温度/℃
550
工作压力/MPa
0.8（表）
设计压力/MPa
1.2（表）
容器规格/mm
Φ219×2370×6
全容积/M3
0.65
焊接接头系数
0.85
腐蚀裕度/mm
0
容器材质
S30408
容器类别
Ⅰ
压力试验种类、试验压力/MPa
水压2.26
失效发现经过
蒸汽电加热器投运约7个月后发现壳体外保温有液体流出，将电加热器壳体外保温拆除检视，发现蒸汽出口端约三分之二的壳体（包括封头）表面呈暗红色，壳体外观明显变形扭曲，出口接管也有大幅度的变形。同时观察壳体鞍座下滑动端地脚螺栓已顶到头，有咬合迹象。
现场进行PT检测，发现蒸汽电加热器壳体鞍座焊缝及出口与鞍座附近周围存在密集的横向裂纹。检测人员将裂纹区域表面打磨δ=1mm、δ=1.5mm、δ=2.0mm后分别进行PT检测，裂纹依然明显存在（如图1）。由此判断壳体的裂纹是深度裂纹，判定该压力容器失效不可再次使用。
图1蒸汽电加热器壳体PT检测情况
设备强度计算
根据设备厂家提供的压力容器设计条件，首先对蒸汽电加热器的强度进行校核计算，验证其设计和制造合规性。
计算所依据的标准：GB/T150.3-2011
内压圆筒校核
计算条件
筒体简图
计算压力
1.20
MPa
设计温度t
550
℃
内径
207
mm
材料
S30408（板材）
试验温度许用应力[]
137
MPa
设计温度许用应力
91
MPa
试验温度下屈服点
205
MPa
负偏差
0.3
mm
腐蚀裕量
0
mm
焊接接头系数
0.85
mm
厚度计算：
计算厚度=1.62mm(2.1)
有效厚度=5.70mm(2.2)
名义厚度=6.0mm(2.3)
压力试验时应力检核：
压力试验类型为液压试验。
试验压力值MPa(2.4)
压力试验允许通过的应力水平0.90=184.50MPa(2.5)
试验压力下圆筒的应力MPa(2.6)
校核条件
校核结果合格。
压力及应力计算：
最大允许工作压力2.47903MPa(2.7)
设计温度下计算应力37.44MPa(2.8)
77.35MPa
校核条件
校核结果合格。
右封头校核
计算条件
椭圆封头简图
计算压力
1.20
MPa
设计温度t
550
℃
内径
207
mm
材料
S30408（板材）
试验温度许用应力[]
137
MPa
设计温度许用应力
91
MPa
曲面深度
87.50
mm
负偏差
0.3
mm
腐蚀裕量
0
mm
焊接接头系数
0.85
mm
压力试验时应力校核：
压力试验类型为液压试验。
试验压力值MPa(2.9)
压力试验允许通过的应力水平0.90=184.50MPa(2.10)
试验压力下圆筒的应力MPa(2.11)
校核条件
校核结果合格
厚度计算：
形状系数(2.12)
计算厚度mm(2.13)
有效厚度5.70mm(2.14)
最小厚度2.00mm
名义厚度6.00mm
校验结果满足最小厚度要求。
压力计算：
最大允许工作压力2.49905MPa(2.15)
校核结果合格。
失效原因分析
经过强度核算，蒸汽电加热器壳体的设计和制造符合规范要求，不存在原始的缺陷，因此对于壳体表面裂纹的原因查找需从安装及工艺条件方面着手。综合现场的失效形态和工艺运行情况分析认为，造成该压力容器失效的原因主要是以下几方面。
安装滑移段预留不足
电加热器壳体安装时鞍座滑动端地脚螺栓预留了应对温度变化自然膨胀的60mm滑移块（如图7）。壳体温度在从常温到通入170℃饱和蒸汽再到升温至500℃的过程中，材料的膨胀幅度很大，这
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