换热器除垢
暖气换热器
高效换热器
新闻动态
0Cr13Al不锈钢管束冲蚀原因分析及对策点击：2038 日期：[ 2014-04-26 21:13:55 ] |
| 0Cr13Al不锈钢管束冲蚀原因分析及对策 郭超 韩长军 辛敏东 李俊峰 中国石油工程建设公司北京100120 摘要:阿尔及利亚某炼化工程一台凝析油/重柴油换热器抽芯检查过程中发现换热管束有明显冲刷腐蚀.发生腐蚀的部位正对重柴油入口,该处管束顶部有密集分布的冲蚀坑及麻点,底部蚀坑表面有油污及腐蚀产物附着.通过金相和扫描电镜观察、能谱分析及双环电化学动电位再活化等多种方法分析了冲刷腐蚀的成因和热处理对TP405管束材料耐晶间腐蚀性能的影响,对换热器壳程入口冲刷腐蚀预防措施和整改方案提出建议. 关键词:换热器 铁素体 不锈钢 冲蚀 晶间腐蚀 中图分类号:TG172文献标识码:A文章编号:1002-6495(2012)03-0236-03 中石油阿尔及利亚某项目的一台换热器在投用不到一个月发生泄漏,在抽芯检查过程中发现除换热管焊接热影响区附近发生晶间型应力腐蚀开裂[1]之外,正对重柴油入口处的换热管正面和背面均存在严重蚀坑,总厚度只有2 mm的管壁最严重处蚀坑深度已达0.3 mm.该换热器为凝析油/重柴油管壳式换热器,壳程为压力0.73 MPa及温度330℃的重柴油,流速0.11 m/s.换热器管束材料为0Cr13Al铁素体不锈钢,对应ASTM A268标准的TP405系列.发生冲刷腐蚀的具体位置示意图如图1所示. 发生冲刷腐蚀的位置为正对着重柴油入口的换热管的正面直径10 cm左右的范围和背面直径7 cm左右的范围.从最上面第一层换热管往下,发生破坏的换热管数量逐层递减,破坏程度也逐渐降低.在重柴油出口处及换热器其他位置未发现明显的冲刷腐蚀现象. 1·实验方法 换热器抽芯后仔细检查发生冲刷腐蚀的区域,用深度卡尺测量蚀孔的深度.然后用便携式电动砂轮机从腐蚀区域两侧15 cm的位置将换热管切割取样.用手锯或线切割将腐蚀的局部取出制备试验试样.金相试样的制备首先采用300#～1500#水砂纸打磨,再用绒布抛光至镜面效果,然后用15 g FeCl3+50 mL HCl+120 mL H2O配成的侵蚀液在室温下侵蚀.金相观察采用XTS1000体视显微镜及4XC型光学显微镜配以尼康S4500图像采集系统.用HitachiS-4700扫描电子显微镜(SEM)观察试样表面的显微形貌,用LEICA S440i扫描电子能谱仪对不锈钢基体以及腐蚀产物成分进行分析.极化曲线回扫环测试在30℃的0.5 mol/L H2SO4+0.01 mol/L KSCN溶液中以100 mV/min的速度扫描,在0.5 V(vs.SCE)反向回扫至自腐蚀电位以下. 2·结果与讨论 重柴油入口处的换热管上方和下方由于受到重柴油中腐蚀性介质的高温冲刷作用发生破坏,腐蚀形态具有明显的冲蚀特征(图2).冲蚀主要发生在这两处是因为换热管的正上方是受冲击最严重的部位,而正下方由于两边流体的高速流动使得中间部位更容易产生负压,使得从周围管束反射回的液流在此处形成二次冲击.从蚀坑的形貌可以看出,腐蚀严重部位蚀坑多是一边陡一边缓的簸箕形,符合冲刷腐蚀的形貌特征.分散的点状腐蚀可能是金属基体的夹杂、偏析等缺陷所造成的. 点蚀坑的SEM照片显示,换热管顶侧(图3a)的蚀坑腐蚀附着产物较少,可以看到清晰的晶界结构,晶粒尺寸在20～30μm左右；而换热管底侧(图3c)有溃疡状特征,蚀坑表面大多覆盖有腐蚀产物和油污,去除腐蚀产物后则可观察到与换热管顶侧(图3a)类似的晶界结构.这些腐蚀产物和油污可能是在换热器水压检漏后汇集到换热管的底面凝结干燥后形成的.这表明晶界有偏析发生,使得晶界部位明显弱化,在冲刷作用下,晶界部分优先发生腐蚀.由于加工和服役过程该部位都低于敏化温度,该部位又不处于焊接热影响区,因此该偏析很可能是在材料加工以前就存在. 换热管基体材料的金相分析结果(图4)表明,该换热器基体主要结构为铁素体,同时伴有部分夹杂.由于前期对换热管泄漏部位的检查分析时曾发现明显的晶间腐蚀现象[1],在图3中也可发现晶界部位的优先腐蚀.适当的热处理工艺可以降低或消除材料的晶间腐蚀倾向,并提高材料的力学性能.因此有必要对换热管束材料的晶间腐蚀敏感性进行评价,并对不同热处理工艺下的耐晶间腐蚀性能进行比较.在众多不锈钢晶间腐蚀敏感性评价方法中双环电化学动电位再活化法(DLEPR)由于简便、快捷、非破坏性并可对材料的耐晶间腐蚀性能进行量化而得到广泛应用[2~4].通过DLEPR与草酸浸蚀法等研究方法综合比较,发现DLEPR测试结果与材料的敏化程度有良好的对应关系,且能灵敏定量地反映低敏化材料的晶间腐蚀敏感性的变化[5].对换热管样品在不同温度下保温30 min空冷后的试样在KSCN-H2SO4溶液中进行DLEPR测试,结果如图5所示,解析后的EPR数值列于表1.当Ir/Ia值大于0.05时,一般认为材料具有晶间腐蚀敏感性,该比值越大则晶间腐蚀敏感性越高[6,7].由测试结果可知,随着热处理温度的升高,换热管的晶间腐蚀敏感性指数在800℃左右达到最小值,表明TP405换热器管束材料在800℃条件下进行热处理可以有效地降低其晶间腐蚀倾向. 3·结论 该TP405换热管束的冲蚀是晶间腐蚀敏感的铁素体基体在高温重柴油的冲击作用下产生的.因此,应从换热器的内部结构设计、换热管束选材等方面严格把关.对换热管严格按照工艺要求做好热处理,消除晶界等耐腐蚀薄弱环节.具体建议如下: (1)换热器设计时在壳程入口位置设置折流板,避免对换热管局部的直接冲刷. (2)对换热器管束材料质量严格控制,减少夹杂、偏析等影响金属基体性能的缺陷. (3)选择晶间腐蚀敏感性低的合金作为换热管材料,如321不锈钢等. (4)若采用有晶间腐蚀倾向的不锈钢应根据其特点选择适当的热处理工艺,消除晶间腐蚀倾向. 参考文献 [1]韩长军,郭超,辛敏东.TP405换热器管束失效分析及对策[J].腐蚀科学与防护技术,2011,23(3):277 [2]胡方坚,伍玉琴,钟祥玉等.铁素体不锈钢的晶间腐蚀性能研究[J].腐蚀科学与防护技术,2009,21(2):110 [3]徐菊良,邓博,孙涛等.DLEPR法评价2205双相不锈钢晶间腐蚀敏感性[J].金属学报,2010,46(3):380 [4]Cleiton C S,Jesualdo P F,Hosiberto B S A.Evaluation of AISI316L stainless steel welded plates in heavy petroleum environment[J].Mater. Des.,2009,30:1581 [5]高中平,陈范才,赵常就.EPR法评价晶间腐蚀敏感性的各种判据的比较[J].中国腐蚀与防护学报,2000,20(4):243 [6]查小琴,贾思庆.EPR法评价不锈钢复合板晶间腐蚀敏感性的研究[J].腐蚀科学与防护技术,2010,22(3):224. [7]方智,张玉林,吴荫顺等.电化学动电位再活化法评价308L不锈钢的晶间腐蚀敏感性[J].腐蚀科学与防护技术,1996,8(2):4 |
| 上一篇：用低热值煤气获得高风温热风炉高温预热技术分析 | 下一篇：折流板切口方向对管壳式换热器传热性能影响 |