不銹鋼波紋管換熱器的腐蝕與防護(hù)
不銹鋼波紋管換熱器是近年來(lái)我國(guó)研制的高效新型換熱設(shè)備,與傳統(tǒng)列管式換熱器相比具有傳熱系數(shù)高,不易結(jié)垢,設(shè)備重量輕等優(yōu)點(diǎn),目前,已大量替代普通列管式換熱器,成為供熱、供水等場(chǎng)合的首選產(chǎn)品,并已開始在石油開采與輸送、石油煉制、化工、制藥等行業(yè)使用。由于以上行業(yè)所涉及介質(zhì)多含有腐蝕性物質(zhì),加之不銹鋼波紋管換熱器采用的是變截面的薄壁換熱元件,所以研究其腐蝕與防護(hù),對(duì)于指導(dǎo)安全生產(chǎn),減少不必要的損失能起到很重要的作用。
1、不銹鋼波紋管應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象分析
西北某油田采油集輸站,1995年選用了兩臺(tái)波紋管式換熱器。殼體用16ＭｎＲ鋼板及鍛件,換熱管用1Ｃｒ18Ｎｉ9Ｔｉ不銹鋼制作,設(shè)計(jì)殼程為蒸汽,管程為原油。1996年下半年開始運(yùn)行,首先儲(chǔ)油罐發(fā)現(xiàn)冒蒸汽,經(jīng)分析是換熱器汽相與原油相混所致。1997年初將換熱器停止使用,經(jīng)檢測(cè),部分換熱管出現(xiàn)裂紋,破裂部位大部分在波峰處以及波峰與波節(jié)的根部處,換熱管破裂部位均無(wú)漲粗、拉薄等塑性變形特征。裂紋既有主干,也有明顯的分叉現(xiàn)象,某些裂紋呈環(huán)狀或網(wǎng)狀。從圖1所示的裂紋微觀形貌上可以看出,裂紋為穿晶型裂紋,從上述換熱管破裂的特征可以看出,這些換熱管的破裂為典型的應(yīng)力腐蝕破裂。
2、不銹鋼波紋管應(yīng)力腐蝕機(jī)理分析
2.1應(yīng)力腐蝕破裂的成因
眾所周知,不銹鋼產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂的基本條件是敏感的合金(材料因素)、特定的介質(zhì)(環(huán)境因素),如奧氏體不銹鋼在含氯化物的溶液中使用;一定的拉伸應(yīng)力(力學(xué),。。因素),包括外加應(yīng)力,相變應(yīng)力和殘余應(yīng)力等。如具備這3個(gè)基本條件,即有可能產(chǎn)生不銹鋼的應(yīng)力腐蝕破壞。在發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂時(shí),并不發(fā)生明顯的均勻腐蝕,甚至腐蝕產(chǎn)物極少,有時(shí)肉眼也很難發(fā)現(xiàn),因此應(yīng)力腐蝕是一種非常危險(xiǎn)的破壞。應(yīng)力腐蝕過(guò)程一般可分為3個(gè)階段:第一階段為孕育期,在這一階段內(nèi),因腐蝕過(guò)程的局部化和拉應(yīng)力作用的結(jié)果,使裂紋生核,即在不銹鋼的腐蝕敏感部位優(yōu)先形成微小凹坑;第二階段為腐蝕裂紋發(fā)展時(shí)期,當(dāng)裂紋生核后,在腐蝕介質(zhì)和金屬中拉應(yīng)力的共同作用下,裂紋擴(kuò)展,導(dǎo)致零件的破壞產(chǎn)生細(xì)長(zhǎng)的裂縫;第三階段中,由于拉應(yīng)力的局部集中,裂紋急劇生長(zhǎng),裂縫擴(kuò)展很快,能在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重的破壞。
2.2 影響應(yīng)力腐蝕的因素
不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開裂與介質(zhì)的特性、溫度的高低以及應(yīng)力的大小有關(guān),同時(shí)還與鋼的成分和組織結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)有關(guān)。
