哈氏合金换热器腐蚀开裂失效分析及解决措施.docVIP

哈氏合金换热器腐蚀开裂失效分析及解决措施 2010-3-17??来源：??点击：28 骆重阳,张军明,杨冬,杨红 ????????????????????（兰州石化公司,?研究院;?炼油厂;甘肃兰州　730060）　　摘要：对哈氏合金U形管换热器频繁出现的腐蚀断裂问题,从材质、运行工况等方面进行了分析?采取了更换材质等防腐技术措施,收到了很好效果。　　关键词：U形管换热器;哈氏合金;腐蚀;断裂????　中图分类号：TQ?051.501;?TQ?050.91　文献标志码:?B???　?哈氏合金是美国Haynes?International公司?N10665钢的商业名称,它具有良好的耐盐酸、醋酸、硫?酸等还原性介质或氧化性介质的耐蚀性能[1],这种以?镍钼为基础的合金具有强度高、延性好、硬度高和易?被加工硬化的特性。因此,在化工行业中得到广泛地?应用。但是某公司石油树脂厂一台U形管换热器在?使用这种材质时却出现了频繁腐蚀开裂问题。????　该U形管换热器（以下称H-601?U形管换热?器）使用的材质是美国进口哈氏合金（牌号?N10665）,于2003年3月投用,使用仅6个月就在?换热管煨弯处发生腐蚀开裂,导致装置停工。临时?用316L不锈钢钢管替换,仅使用3?d也在煨弯段出?现开裂。???　?为防止类似事故的发生,笔者从材料化学成分、?宏观断口特征以及运行工况等方面着手,对H-?601U形管换热器断裂原因进行了分析,并提出相?应的解决方法。????　1　设备简介????　频繁发生腐蚀开裂问题的H-601U形管式换热?器的换热管规格为Φ19?mm×2?mm。换热器的管?程介质为树脂液,入口温度为100℃,出口温度为?280℃,管程工作压力为1.7?MPa。壳程介质为导?热油,入口温度为330℃,出口温度为310℃,壳程?工作压力为0.8?MPa。???　?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。现场检查表明,管束直管段无明显减薄现象,个别列管在U形弯段出现开裂,裂纹走向为径向,裂口附近没有减薄现象,管束列管没有发现局部胀粗和鼓包现象。??????????????　　2　失效分析　　2.1　换热管材质分析　　原换热管所用的材质为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牌号N10665的哈氏合金化学成分??????????%??????????????????????????????　换热管所用的材质为哈氏合金,是镍基耐蚀合?金（w（Ni）≥50%）,其金相组织、物理性能和耐腐蚀?性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　介质分析????　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,检验结果见表2。由表2可见,树脂液中氯离子?的质量浓度达80~130?mg/L、硫元素的质量浓度为?17~33?mg/L。????????????????????　根据文献[3],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就可以引起?奥氏体结构的晶间腐蚀而导致腐蚀开裂[4]。H-601?U形管换热器管束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-601?U形管换热器管束的应力来源主要有:?①从操作条件上看,管程介质（树脂液）入口温度?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由伸长量不同。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由于伸长量的不同产生相互作?用力,即产生温差应力。从结构上来看,管板是固定?端,管束煨弯段是自由端。当产生温差应力时,应力?会集中在自由端的换热管上。②换热管的弯曲半径?过小,最小处仅4?cm,有结构形式上的突变,产生的?应力不能均匀分布,也得不到缓解乃至消除,这使得?煨弯处的局部应力值急剧升高,在设备运作过程中?产生的各种应力就会集中在U形换热管煨弯段造?成应力集中。集中的应力是金属构件产生应力腐蚀?断裂的一个重要诱因。????　2.4　腐蚀开裂原因????　综合以上分析,换热管材质哈氏合金和316?L?工作的介质环境、温度环境具备了发生应力腐蚀的?条件,而U形换热管煨弯段的应力集中是个