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板式换热器不锈钢板片失效剖析
来源:本站 作者:匿名 发布:2017/6/8 修改:2017/6/8
隶属:企业新闻 点击:1460

概述某石化公司腈纶厂使用的板式换热器,板片采用316不锈钢,其一侧物料为浓度15%的NaSCN,进口温度5.5'C,出口温度-2.5°C;另一侧为冷冻水(乙二醇为7%,甲醇为24%,其余为工业水),进口温度-91:,出口温度2X:。使用2年多以后,板片发生腐蚀穿孔而失效。为查明原因特进行取样分析。
2宏观检查从宏观上观察,发生腐蚀失效的不锈钢板片,其硫氰酸钠一侧表面光亮,基本无腐蚀产物覆盖,但是这一侧的腐蚀孔数量较多;而冷冻水一侧表面有少量黑色垢状物,相对来说腐蚀孔数量较少,且腐蚀坑中有黑色沉积物。
在该板片上发现一处腐蚀穿孔点,硫氰酸钠一侧的腐蚀孔较大,冷冻水一侧的腐蚀孔较小。据此可以初步判断,腐蚀穿孔是由板片的硫氰酸钠一侧开始发展,直至腐蚀穿孔。
所有宏观上观察到的腐蚀坑基本上都发生在不镑钢板片人字纹的凸面上,凹面上未发现有腐蚀坑存在。宏观检查初步判断该板片的失效是点腐蚀造成的。
3化学成分分析不镑钢板片的化学成分见表1,符合标准中对316不锈钢的要求。
表1化学成分%元素实测4金相组织分析为了解该板片金相组织是否存在异常,以及点腐蚀凹坑处是否存在微裂纹,在不锈钢板片冷冻水侧和硫氰酸钠侧各选取一个点腐蚀凹坑进行截面金相组织检查。冷冻水侧板片金相组织和硫氰酸钠侧板片金相组织正常,为典型的奥氏体组织,板片两侧的点腐蚀凹坑底部均未发现有微裂纹存在。
5点腐蚀坑表面的微观形貌分析S.1硫氰酸钠侧点腐蚀坑表面微观形貌分析将点腐蚀坑在扫描电镜中进行观察,硫氰酸钠侧点腐蚀坑的表面微观形貌见,其中(a)是全貌。虽然这一侧的点腐蚀坑从宏观上看表面光亮,几乎看不到有腐蚀产物存在,但是在扫描电镜中还是可以看到点腐蚀坑表面有大量腐蚀产物覆盖,见(b)。从(c)中可以看到,硫氰酸钠侧点腐蚀坑的表面呈现冰糖状沿晶的特征,但在金相组织检查时并未发现有晶间腐蚀存在。
在(c)中选取一腐蚀产物在扫描电镜中进行能谱分析,腐蚀产物中分别含有1.71(wt%)和1.33(wt%)的S,说明硫氰酸钠侧的点腐蚀是由介质中的硫氰酸钠造成的。
2冷冻水侧点腐蚀坑表面微观形貌分析将点腐蚀坑在扫描电镜中进行观察,冷冻水侧点腐蚀坑的表面微观形貌见,其中(a)是全貌。这一侧的点腐蚀坑有大量腐蚀产物覆盖,见(b)。
在(b)中选取腐蚀产物在扫描电镜中进行能谱分析。腐蚀产物中含有0.94(wt%)的S和0.57(wt%)的C1,说明冷冻水一侧的点腐蚀主要是由冷冻水中所含的C1离子造成的,而S可能是板片穿孔后由硫氰酸钠一侧泄漏带人的。
6板式换热器介质取样分析本次对板式换热器硫氰酸钠侧和冷冻水侧溶液分别进行了现场取样,分析介质中的cr含量和pH值。介质中的Cr含量采用Dinex600高效离子色谱仪分析,冷冻水中的Cl含量高达781ppm,硫氰酸钠侧溶液中的C广含量也有23ppm.冷冻水的pH值为8.90,呈弱碱性;硫氰酸钠侧溶液的pH值为4.96,呈酸性。
硫氰酸钠溶液和冷冻水中均含有cr离子,且冷冻水中cr离子含量高达781ppm,因此该板式换热器不锈钢板片硫氰酸钠侧和冷冻水侧的点腐蚀均是由介质中所含的C1-造成的。
7失效原因综合分析以硫氰酸钠(NaSCN)为溶剂的湿纺腈纶生产中,设备的腐蚀大部分均表现为点蚀,其主要原因是NaSCN为溶剂的溶液所致。由于介质NaSCN具有强腐蚀性,凡是接触NaSCN介质的设备、管线、阀门、泵等,其材质均需采用含钼不锈钢材料(316或316L)。当NaSCN溶液中含有的某些阴离子(如C1一)含量足够多或有某种氧化剂(这种氧化剂通常就是空气中的氧)存在时,腈纶设备的腐蚀就较为严重。这是由于料液中的活性阴离子cr被吸附在金属表面某些点上,取代了与金属结合的氧,使金属局部去钝化,氧化膜受到破坏的地方成为阳极,从而使金属不断溶解,这是设备点蚀的主要原因。
板式换热器是由众多板片交替排列、夹紧组合而成,相邻板片波纹顶端相互交叉形成大量触点。在交叉触点上将存在缝隙,缝隙内介质流动不畅,使缝隙内外存在氧的浓度差,从而引起缝隙腐蚀,导致缝隙内某些区域优先发生腐蚀溶解,这是其均在触点处发生腐蚀坑的主要原因。此外,板片是经冲压成型的,一般来说,冷加工对点蚀电位的影响不大,但冷加工通常使点蚀密度增加,这是因为冷加工增加位错密度,而位错在表面露头处容易生成点蚀坑。
板片在进行组装时,人字纹凸面接触点的地方容易受挤压而使其表面氧化膜受到破坏,点蚀坑容易在该部位萌生。而板片上人字纹的凸面正是冷加工变形最大的部位,而此部位又存在缝隙腐蚀,因此点蚀坑主要就发生在冷加工变形的凸面部位。
因此该板式换热器板片的腐蚀失效是cr引起的缝隙腐蚀和点腐蚀联合作用的结果。
8结论板式换热器不锈钢板片的腐蚀失效是介质中cr引起的缝隙腐蚀和点腐蚀联合作用的结果。防止点蚀的措施主要有:腈纶生产中cr来源于两个方面:一是原料带入:NaSCN溶剂本身有近0.01%的cr含量,而所用的第三单体丙烯磺酸钠合格品中NaCl含量高达2.0%,是NaSCN溶液系统中C1*的主要来源;二是脱盐水带人。为了减少或避免316不锈钢的点蚀源,应把好原料关,严格控制丙烯磺酸钠NaCl含量,并严格控制进出水cr指标。
钝化膜的缺陷是导致点蚀的内因,而钝化膜的缺陷来源于不锈钢板片在冷加工冲压过程中可能造成的局部残余应力、钝化膜破坏,以及加工及安装过程中粘附的脏物和施工标志焊渣、磕碰损坏处,因此应确保正确安装,避免现场野蛮施工,保证板片钝化膜的完好。
此外,不锈钢板片由机械冲压而成,不可避免地残存一定量的表面残余应力及变形。板片组装后形成了多缝隙结构,如板片之间的触点、密封槽底等部位。而缝隙容易造成cr的富集,其值远远超过不镑钢自身抗点蚀的能力。当板片表面的污垢严重时,介质中的腐蚀元素(CKS等)大量附着于污垢,并在垢底缝隙处富集。
为此,正确选用材料,正确组装,定期清垢以破坏腐蚀的生成条件和孕育期,降低介质中氯离子等有害离子的含量,都可有效防止点蚀。钛是耐点蚀性最好的结构材料,在无法解决点蚀问题时,可考虑JB/T4731*2005《钢制卧式容器》标准出版发行150―19H火钢制压力容器》第8章“卧式容器”为基础制定的,增加并修改了设计计算中的一些内容,补充了卧式容器的制造、检验和验收要求。卧式常压容器、制造技术条件、由集中质量引起的载荷的计算及强度校核等项内容均为制定本标准时新增补的。

本标准参照了英国PD 5500*>2003《非直接火焰压力容器》和JISB8278―1993《鞍式支座支承的卧式压力容器》,并结合国内近年来卧式容器设计、制造、检验等渚方面经验而编制D本标准附录A为资料性附录。

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