不銹鋼波紋管換熱器的腐蝕與防護
不銹鋼波紋管換熱器是近年來我國研制的高效新型換熱設備,與傳統列管式換熱器相比具有傳熱系數高,不易結垢,設備重量輕等優點,目前,已大量替代普通列管式換熱器,成為供熱、供水等場合的首選產品,并已開始在石油開采與輸送、石油煉制、化工、制藥等行業使用。由于以上行業所涉及介質多含有腐蝕性物質,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,對于指導安全生產,減少不必要的損失能起到很重要的作用。
1、不銹鋼波紋管應力腐蝕現象分析
西北某油田采油集輸站,1995年選用了兩臺波紋管式換熱器。殼體用16ＭｎＲ鋼板及鍛件,換熱管用1Ｃｒ18Ｎｉ9Ｔｉ不銹鋼制作,設計殼程為蒸汽,管程為原油。1996年下半年開始運行,首先儲油罐發現冒蒸汽,經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,經檢測,部分換熱管出現裂紋,破裂部位大部分在波峰處以及波峰與波節的根部處,換熱管破裂部位均無漲粗、拉薄等塑性變形特征。裂紋既有主干,也有明顯的分叉現象,某些裂紋呈環狀或網狀。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力腐蝕破裂。
2、不銹鋼波紋管應力腐蝕機理分析
2.1應力腐蝕破裂的成因
眾所周知,不銹鋼產生應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(環境因素),如奧氏體不銹鋼在含氯化物的溶液中使用;一定的拉伸應力(力學,。。因素),包括外加應力,相變應力和殘余應力等。如具備這3個基本條件,即有可能產生不銹鋼的應力腐蝕破壞。在發生應力腐蝕破裂時,并不發生明顯的均勻腐蝕,甚至腐蝕產物極少,有時肉眼也很難發現,因此應力腐蝕是一種非常危險的破壞。應力腐蝕過程一般可分為3個階段:第一階段為孕育期,在這一階段內,因腐蝕過程的局部化和拉應力作用的結果,使裂紋生核,即在不銹鋼的腐蝕敏感部位優先形成微小凹坑;第二階段為腐蝕裂紋發展時期,當裂紋生核后,在腐蝕介質和金屬中拉應力的共同作用下,裂紋擴展,導致零件的破壞產生細長的裂縫;第三階段中,由于拉應力的局部集中,裂紋急劇生長,裂縫擴展很快,能在短時間內發生嚴重的破壞。
2.2 影響應力腐蝕的因素
不銹鋼的應力腐蝕開裂與介質的特性、溫度的高低以及應力的大小有關,同時還與鋼的成分和組織結構的特點有關。
