1　設備簡介

　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準為Φ19mm×2mm。換熱器的管程介質為樹脂液,進口溫度為100℃,出口溫度為280℃,管程工作壓力為1.7MPa。殼程介質為導熱油,進口溫度為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?，F(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,標準UNS）的鎳基NibMo合金,其化學成分見表1。

表1商標N10665的哈氏合金化學成分%

　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,屬于奧氏體結構金屬[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中可能存在晶間腐蝕、在有氯離子的介質環(huán)境中也容易引起應力腐蝕。

　2.2　介質剖析

　H-601U形管換熱器管程介質為聚合反應后經堿洗和水洗的樹脂液,對腐蝕介質成分進行取樣分析,查驗結果見表2。由表2可見,樹脂液中氯離子的質量濃度達80~130mg/L、硫元素的質量濃度為17~33mg/L。

　,奧氏體不銹鋼發(fā)生氯離子導致的應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,氯離子質量濃度很小能夠引起奧氏體結構的晶間腐蝕而導致腐蝕開裂[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)生應力腐蝕開裂的溫度區(qū)間。

　2.3　應力的影響

　H-601U形管換熱器管制的應力來源主要有:①從操作條件上看,管程介質（樹脂液）進口溫度100℃,出口溫度280℃,進、出口溫差較大,導致進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)生溫差應力。從結構上來看,管板是固定端,管制煨彎段是自在端。當發(fā)生溫差應力時,應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,有結構形式上的驟變,發(fā)生的應力不能均勻分布,也得不到緩解乃至消除,這使得煨彎處的部分應力值急劇升高,在設備運作過程中發(fā)生的各種應力會會集在U形換熱管煨彎段造成應力會集。會集的應力是金屬構件發(fā)生應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工作的介質環(huán)境、溫度環(huán)境具有了發(fā)生應力腐蝕的條件,而U形換熱管煨彎段的應力會集是單個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果,通過適當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,防腐辦法也于設備檢修時實施。目前,新安裝的20鋼H-601換熱器管制已運轉近1a時刻,未發(fā)現(xiàn)有走漏現(xiàn)象,運轉情況杰出,能夠滿意設備長周期運轉需求。