不銹鋼換熱器及不銹鋼換熱器的失效分析

    不銹鋼換熱器及不銹鋼換熱器的失效分析
    不銹鋼換熱器是一種使用場合較多的壓力容器,特別是在賓館、飯店等公共場所,不銹鋼換熱器作為熱量交換的重要設(shè)備,使用更為廣泛。
    由于不銹鋼對(duì)氯離子特別敏感,一旦有所接觸,則會(huì)發(fā)生腐蝕。而換熱器大多使用水或水蒸氣作為熱交換介質(zhì),很多單位為了節(jié)約成本,使用自來水作為介質(zhì),在一定的壓力和氯離子的作用下,很多不銹鋼換熱器都發(fā)生了腐蝕。要解決或減少這類事故的發(fā)生,首先需要清楚發(fā)生這類腐蝕的原因、腐蝕的類型及具體的預(yù)防措施。

    1　案例介紹
    筆者在幾年的檢驗(yàn)工作中,接觸到6臺(tái)發(fā)生腐蝕的不不銹鋼換熱器。這些腐蝕大多發(fā)生在靠近水的一側(cè)。在同樣承受內(nèi)壓和接觸含氯離子的自來水的情況下,隨著水的工作溫度不同,腐蝕形態(tài)也不一樣。其中3臺(tái)發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂,另外3臺(tái)發(fā)生嚴(yán)重的孔蝕。對(duì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕的3臺(tái)換熱器進(jìn)行觀察分析,發(fā)現(xiàn)外壁上沒有點(diǎn)腐蝕存在;而對(duì)另外3臺(tái)使用不到4個(gè)月就發(fā)生嚴(yán)重點(diǎn)腐蝕穿孔破壞的換熱器進(jìn)行宏觀檢查,也未發(fā)現(xiàn)表面裂紋,再進(jìn)行100%表面著色探傷,內(nèi)壁也未發(fā)現(xiàn)裂紋。
    2　原因分析
    按照《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》水壓試驗(yàn)的要求,在對(duì)不銹鋼材料進(jìn)行壓力試驗(yàn)時(shí),水中的氯離子含量不應(yīng)超過25mg/l。因此,在使用過程中,也應(yīng)限制水中氯離子的含量。由于不銹鋼換熱器不銹鋼對(duì)氯離子很敏感,一旦接觸就可能發(fā)生腐蝕。在上海,通常原水中的氯離子含量為40～50mg/l,較少時(shí)為30～40mg/l,較多時(shí)為70～80mg/l,發(fā)生海水倒灌時(shí)更可達(dá)到100mg/l。而我們?nèi)粘Ｉ钪械淖詠硭?為了滅菌,還需要用氯氣進(jìn)行處理,又額外增加了氯離子的含量。氯離子的增多,使得不銹鋼換熱器發(fā)生腐蝕的概率大大增加,也是換熱器殼程發(fā)生貫穿性氣孔,引起泄漏失效的介質(zhì)原因。
    對(duì)使用條件進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn):3臺(tái)發(fā)生點(diǎn)腐蝕穿孔的換熱器為某飯店所用。為了延緩結(jié)垢,加熱水出口的溫度控制在55～65℃之間。這3臺(tái)換熱器近水側(cè)沒有發(fā)生應(yīng)力腐蝕,全面檢驗(yàn)時(shí)內(nèi)外壁也沒有發(fā)現(xiàn)裂紋,但在焊縫區(qū)域發(fā)生了嚴(yán)重的點(diǎn)腐蝕穿孔。不銹鋼換熱器通過審查原始資料,這3臺(tái)換熱器采用SUS304材質(zhì),采用氬弧焊焊接,由于輸入的線能量較大,在焊后緩慢冷卻的過程中,Cr33C6從固溶體中析出,使晶界發(fā)生貧鉻,耐腐蝕性能降低。經(jīng)過敏化處理的抗腐蝕性能甚至低于普通碳素鋼。
    而對(duì)3臺(tái)發(fā)生應(yīng)力腐蝕的換熱器進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),這3臺(tái)設(shè)備的近水側(cè)殼體在90～95℃溫度下產(chǎn)生了應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕裂紋集中出現(xiàn)在近水側(cè)殼體頂封頭與筒體的環(huán)焊縫上,并大多發(fā)源于弧坑處,經(jīng)熱影響區(qū)到封頭母材區(qū)域,垂直于環(huán)縫。
    3　預(yù)防措施
    要提高防腐蝕性能,主要可以從兩個(gè)方面入手,一是提高制造質(zhì)量,二是盡量避免或控制氯離子與殼體的接觸。
    通過對(duì)比發(fā)現(xiàn),使用316不銹鋼制造的換熱器,雖然使用環(huán)境(水)中的氯離子含量較高,但迄今為止還未在檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)有腐蝕情況發(fā)生。因此,首先應(yīng)選用耐孔蝕能力較好的不銹鋼作為殼體材料,如316或316L。由于18-8不銹鋼中加入了2%的Mo,其耐腐蝕能力大大增加了。焊接時(shí)盡量采用氬弧焊而不是電弧焊進(jìn)行焊接。不銹鋼換熱器在保證焊縫熔合質(zhì)量的基礎(chǔ)上,應(yīng)嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù),采取小線能量、多道焊的方法,避免焊縫產(chǎn)生局部過熱。
    要控制氯離子與殼體的接觸,主要采用隔離的方法。目前我國主要采用非金屬防腐蝕涂料進(jìn)行隔離。在壓力容器中常用的有生漆、環(huán)氧樹脂漆等,由于這些非金屬材料附著力強(qiáng),漆膜堅(jiān)韌、耐磨、耐溫,而且成本低廉,因此不僅使用方便,而且可以大大提高不銹鋼換熱器的使用性能。
    4　結(jié)論
    (1)不銹鋼換熱器在不同的使用條件下會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕和點(diǎn)腐蝕。
    (2)通過控制制造材料和工藝參數(shù),提高制造質(zhì)量,并對(duì)容器進(jìn)行隔離處理,就可以避免或減少腐蝕的發(fā)生。