哈氏合金管换热器腐蚀开裂失效分析及解决措施分享

1　设备简介

　频频发生腐蚀开裂问题的H-601U形管式换热器的换热管标准为Φ19mm×2mm。换热器的管程介质为树脂液,进口温度为100℃,出口温度为280℃,管程工作压力为1.7MPa。壳程介质为导热油,进口温度为330℃,出口温度为310℃,壳程工作压力为0.8MPa。

　H-601U形管换热器哈氏合金U形换热管煨弯段开裂部位示意图见图1。现场查看表明,管制直管段无明显减薄现象,单个列管在U形弯段出现开裂,裂纹走向为径向,裂口邻近没有减薄现象,管制列管没有发现部分胀粗和鼓包现象。

2　失效剖析

　　2.1　换热管原料剖析

　　原换热管所用的原料为N10665（国际钢铁牌号,标准UNS）的镍基NibMo合金,其化学成分见表1。

表1商标N10665的哈氏合金化学成分%

　换热管所用的原料为哈氏合金,是镍基耐蚀合金（w（Ni）≥50%）,其金相组织、物理功能和耐腐蚀功能介于不锈钢和纯镍之间,属于奥氏体结构金属[2]。因此,由奥氏体不锈钢的腐蚀特性知,哈氏合金钢在氧化性介质中可能存在晶间腐蚀、在有氯离子的介质环境中也容易引起应力腐蚀。

　2.2　介质剖析

　H-601U形管换热器管程介质为聚合反应后经碱洗和水洗的树脂液,对腐蚀介质成分进行取样分析,查验结果见表2。由表2可见,树脂液中氯离子的质量浓度达80~130mg/L、硫元素的质量浓度为17~33mg/L。

　,奥氏体不锈钢发生氯离子导致的应力腐蚀开裂的温度敏感区一般是150~280℃,在这一温度区域内,氯离子质量浓度很小能够引起奥氏体结构的晶间腐蚀而导致腐蚀开裂[4]。H-601U形管换热器管制部件的工作温度大体在100~190℃,有部分区域正处于容易发生应力腐蚀开裂的温度区间。

　2.3　应力的影响

　H-601U形管换热器管制的应力来源主要有:①从操作条件上看,管程介质（树脂液）进口温度100℃,出口温度280℃,进、出口温差较大,导致进料段和出料段的管子的膨胀和自在伸长量不同。然而两者又是通过管板刚性地连接在一起,因此,进料段和出料段的管子会因为伸长量的不同发生彼此作用力,即发生温差应力。从结构上来看,管板是固定端,管制煨弯段是自在端。当发生温差应力时,应力会会集在自在端的换热管上。②换热管的曲折半径过小,小处仅4cm,有结构形式上的骤变,发生的应力不能均匀分布,也得不到缓解乃至消除,这使得煨弯处的部分应力值急剧升高,在设备运作过程中发生的各种应力会会集在U形换热管煨弯段造成应力会集。会集的应力是金属构件发生应力腐蚀开裂的一个重要诱因。

　2.4　腐蚀开裂原因

　综合以上剖析,换热管原料哈氏合金和316L工作的介质环境、温度环境具有了发生应力腐蚀的条件,而U形换热管煨弯段的应力会集是单个U形换热管煨弯段发生开裂的重要诱因。

3　改进办法及作用

　依据以上剖析,替换换热器管制原料成为优选,考虑原H-601U形管换热器换热面积仅32m2,由于换热面积较小,管制U形弯处冲刷腐蚀较为严重。因此,依据H-601U形管换热器腐蚀现状及实验室选材实验结果,通过适当增大换热器尺寸以增加换热面积来减小对管制煨弯段的冲刷。

　新替换的H-601U形管换热器管制原料选用20#钢制作,换热面积增大至为50m2,防腐办法也于设备检修时实施。目前,新安装的20钢H-601换热器管制已运转近1a时刻,未发现有走漏现象,运转情况杰出,能够满意设备长周期运转需求。