1　設(shè)備簡介

　頻頻發(fā)生腐蝕開裂問題的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形換熱管煨彎段開裂部位示意圖見圖1。現(xiàn)場查看表明,管制直管段無明顯減薄現(xiàn)象,單個列管在U形彎段出現(xiàn)開裂,裂紋走向為徑向,裂口鄰近沒有減薄現(xiàn)象,管制列管沒有發(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（國際鋼鐵牌號,標(biāo)準(zhǔn)UNS）的鎳基NibMo合金,其化學(xué)成分見表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)堿洗和水洗的樹脂液,對腐蝕介質(zhì)成分進(jìn)行取樣分析,查驗結(jié)果見表2。由表2可見,樹脂液中氯離子的質(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)力來源主要有:①從操作條件上看,管程介質(zhì)（樹脂液）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量不同。然而兩者又是通過管板剛性地連接在一起,因此,進(jìn)料段和出料段的管子會因為伸長量的不同發(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,應(yīng)力會會集在自在端的換熱管上。②換熱管的曲折半徑過小,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)備運作過程中發(fā)生的各種應(yīng)力會會集在U形換熱管煨彎段造成應(yīng)力會集。會集的應(yīng)力是金屬構(gòu)件發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的一個重要誘因。

　2.4　腐蝕開裂原因

　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)力會集是單個U形換熱管煨彎段發(fā)生開裂的重要誘因。

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)狀及實驗室選材實驗結(jié)果,通過適當(dāng)增大換熱器尺寸以增加換熱面積來減小對管制煨彎段的沖刷。

　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)備檢修時實施。目前,新安裝的20鋼H-601換熱器管制已運轉(zhuǎn)近1a時刻,未發(fā)現(xiàn)有走漏現(xiàn)象,運轉(zhuǎn)情況杰出,能夠滿意設(shè)備長周期運轉(zhuǎn)需求。