90Cu-10Ni铜镍合金冷凝管破孔原因分析.docVIP

90Cu-10Ni銅鎳合金冷凝管破孔原因分析* 吳 宗 峯1 ■ 吳 興 練2 * 九十八年十月二十二日在本會九十八年年會宣讀之論文 中國鋼鐵公司新材料研究發展處 1工程師 2研究員 某氧氣工廠之氧氣壓縮機冷凝管為90Cu-10Ni合金，使用約3年半後發生破管，內容物為純氧，管外以製程水進行冷卻。針對此冷卻器管線進行破損分析，藉以瞭解發生破管的原因。目視破孔處得知，該處之金屬光澤明顯與正常無破孔位置不同，呈現純銅紅棕色。於管線破孔處之SEM觀察及EDS分析結果顯示，破孔處附近呈現多孔性之鬆散組織，且伴隨著脫 鎳反應及純銅沈積於孔洞處之現象發生，於破孔處附近亦可偵測到Cl、S等腐蝕因子的富集現象，推測此銅鎳合金發生破孔的原因，乃因於流速較低的冷卻水系統中，水中之氣泡會被限制於管線外壁上半部，這些沿著管線的可移動氣穴，會導致部份區域無法接觸到冷卻水而形成局部溫度過高，當含有高濃度氯離子溶液中同時存在硫化物，特別是可能因微生物腐蝕導致硫化氫生成時，該熱點處會發生硫化物誘發熱點腐蝕，其結果會導致孔蝕形成，同時伴隨著金屬銅沈積的現象。 The 90-10 cupronickel tube in the heat exchanger of an oxygen compressor leaked after three and an half years operation in an oxygen factory. The oxygen inside the tube was cooled by exchanging heat with the flowing re-cyclic water outside the tube. We want to determine the cause of the heat exchange tube failure. Several pits were observed on the surface of the tube. The color in the vicinity of the pits was red which was quite different from yellow color for the rest of the tube. SEM observation and EDS analysis showed the vicinity of the pits is porous and loose indicating denickelification and copper deposition. Our experimental results showed that aggressive Cl and S elements are present in the pits. The low cooling water velocity may have caused air bubbles to stay in the upper part of the tube. The air pockets along the upper part of the tube lowered the heat transfer rate, thereby, a higher localized temperature along the tube. The chloride and sulfide in the cooling water, especially hydrogen sulfide induced hot spot corrosions in the localized higher temperature areas. 一、前　言 某氧氣工廠之氧氣壓縮機第五級冷卻器於民國93年7月上線使用，屬於第一種壓力容器，其成分滿足ASTM B111 C70600 規範，為90Cu-10Ni合金。管線全長為5 米餘，外管徑為16 mm，內管徑為14 mm，管厚為1 mm，管線內容物為純度99% 之氧氣，管線內部壓力自第一級之1 kg/cm2 逐漸增加，至發生破管之第五級冷卻管線壓力約為30 kg/cm2。管線外部以製程水進行降溫，其水壓約為3 kg/cm2，溫度約為25℃，流速很慢，管線進口端之氧氣溫度約為120℃，而至管線出口端已降至約40℃。另外，為防止微生物腐蝕之發生，於製程水中另加入漂白水作為殺菌之用，以防止沈積物的生成。為了瞭解冷卻器管線發生破管的原因，針對該管線進行破損分析，以避免因冷卻器破管造成之維修及生產損失的事件再度發生。 二、實驗方法 2-1. 外部觀察 以目視方式針對已發生破孔之管線外觀進行檢查，並以數位相機記錄管線整體外觀及破管處之破孔形貌。 2-2. 冷