1 設(shè)備簡(jiǎn)介
頻頻發(fā)生腐蝕開(kāi)裂問(wèn)題的H-601U形管式換熱器的換熱管標(biāo)準(zhǔn)為Φ19mm×2mm。換熱器的管程介質(zhì)為樹(shù)脂液,進(jìn)口溫度為100℃,出口溫度為280℃,管程工作壓力為1.7MPa。殼程介質(zhì)為導(dǎo)熱油,進(jìn)口溫度為330℃,出口溫度為310℃,殼程工作壓力為0.8MPa。
H-601U形管換熱器哈氏合金U形換熱管煨彎段開(kāi)裂部位示意圖見(jiàn)圖1?，F(xiàn)場(chǎng)查看表明,管制直管段無(wú)明顯減薄現(xiàn)象,單個(gè)列管在U形彎段出現(xiàn)開(kāi)裂,裂紋走向?yàn)閺较?裂口鄰近沒(méi)有減薄現(xiàn)象,管制列管沒(méi)有發(fā)現(xiàn)部分脹粗和鼓包現(xiàn)象。
2 失效剖析
2.1 換熱管原料剖析
原換熱管所用的原料為N10665（國(guó)際鋼鐵牌號(hào),標(biāo)準(zhǔn)UNS）的鎳基NibMo合金,其化學(xué)成分見(jiàn)表1。
表1商標(biāo)N10665的哈氏合金化學(xué)成分%
換熱管所用的原料為哈氏合金,是鎳基耐蝕合金（w（Ni）≥50%）,其金相組織、物理功能和耐腐蝕功能介于不銹鋼和純鎳之間,屬于奧氏體結(jié)構(gòu)金屬[2]。因此,由奧氏體不銹鋼的腐蝕特性知,哈氏合金鋼在氧化性介質(zhì)中可能存在晶間腐蝕、在有氯離子的介質(zhì)環(huán)境中也容易引起應(yīng)力腐蝕。
2.2 介質(zhì)剖析
H-601U形管換熱器管程介質(zhì)為聚合反應(yīng)后經(jīng)堿洗和水洗的樹(shù)脂液,對(duì)腐蝕介質(zhì)成分進(jìn)行取樣分析,查驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn),樹(shù)脂液中氯離子的質(zhì)量濃度達(dá)80~130mg/L、硫元素的質(zhì)量濃度為17~33mg/L。
,奧氏體不銹鋼發(fā)生氯離子導(dǎo)致的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的溫度敏感區(qū)一般是150~280℃,在這一溫度區(qū)域內(nèi),氯離子質(zhì)量濃度很小能夠引起奧氏體結(jié)構(gòu)的晶間腐蝕而導(dǎo)致腐蝕開(kāi)裂[4]。H-601U形管換熱器管制部件的工作溫度大體在100~190℃,有部分區(qū)域正處于容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的溫度區(qū)間。
2.3 應(yīng)力的影響
H-601U形管換熱器管制的應(yīng)力來(lái)源主要有:①?gòu)牟僮鳁l件上看,管程介質(zhì)（樹(shù)脂液）進(jìn)口溫度100℃,出口溫度280℃,進(jìn)、出口溫差較大,導(dǎo)致進(jìn)料段和出料段的管子的膨脹和自在伸長(zhǎng)量不同。然而兩者又是通過(guò)管板剛性地連接在一起,因此,進(jìn)料段和出料段的管子會(huì)因?yàn)樯扉L(zhǎng)量的不同發(fā)生彼此作用力,即發(fā)生溫差應(yīng)力。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看,管板是固定端,管制煨彎段是自在端。當(dāng)發(fā)生溫差應(yīng)力時(shí),應(yīng)力會(huì)會(huì)集在自在端的換熱管上。②換熱管的曲折半徑過(guò)小,小處僅4cm,有結(jié)構(gòu)形式上的驟變,發(fā)生的應(yīng)力不能均勻分布,也得不到緩解乃至消除,這使得煨彎處的部分應(yīng)力值急劇升高,在設(shè)備運(yùn)作過(guò)程中發(fā)生的各種應(yīng)力會(huì)會(huì)集在U形換熱管煨彎段造成應(yīng)力會(huì)集。會(huì)集的應(yīng)力是金屬構(gòu)件發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的一個(gè)重要誘因。
2.4 腐蝕開(kāi)裂原因
綜合以上剖析,換熱管原料哈氏合金和316L工作的介質(zhì)環(huán)境、溫度環(huán)境具有了發(fā)生應(yīng)力腐蝕的條件,而U形換熱管煨彎段的應(yīng)力會(huì)集是單個(gè)U形換熱管煨彎段發(fā)生開(kāi)裂的重要誘因。
3 改進(jìn)辦法及作用
依據(jù)以上剖析,替換換熱器管制原料成為優(yōu)選,考慮原H-601U形管換熱器換熱面積僅32m2,由于換熱面積較小,管制U形彎處沖刷腐蝕較為嚴(yán)重。因此,依據(jù)H-601U形管換熱器腐蝕現(xiàn)狀及實(shí)驗(yàn)室選材實(shí)驗(yàn)結(jié)果,通過(guò)適當(dāng)增大換熱器尺寸以增加換熱面積來(lái)減小對(duì)管制煨彎段的沖刷。
新替換的H-601U形管換熱器管制原料選用20#鋼制作,換熱面積增大至為50m2,防腐辦法也于設(shè)備檢修時(shí)實(shí)施。目前,新安裝的20鋼H-601換熱器管制已運(yùn)轉(zhuǎn)近1a時(shí)刻,未發(fā)現(xiàn)有走漏現(xiàn)象,運(yùn)轉(zhuǎn)情況杰出,能夠滿意設(shè)備長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)需求。