不锈钢换热器:锈钢换热器的失效分析

 不锈钢换热器是一种使用场合较多的压力容器,特别是在宾馆、饭店等公共场所,不锈钢换热器作为热量交换的重要设备,使用更为广泛。

     由于不锈钢对氯离子特别敏感,一旦有所接触,则会发生腐蚀。而换热器大多使用水或水蒸气作为热交换介质,很多单位为了节约成本,使用自来水作为介质,在一定的压力和氯离子的作用下,很多不锈钢换热器都发生了腐蚀。要解决或减少这类事故的发生,首先需要清楚发生这类腐蚀的原因、腐蚀的类型及具体的预防措施。

    1　案例介绍　　

   笔者在几年的检验工作中,接触到6台发生腐蚀的不不锈钢换热器。这些腐蚀大多发生在靠近水的一侧。在同样承受内压和接触含氯离子的自来水的情况下,随着水的工作温度不同,腐蚀形态也不一样。其中3台发生应力腐蚀开裂,另外3台发生严重的孔蚀。对发生应力腐蚀的3台换热器进行观察分析,发现外壁上没有点腐蚀存在;而对另外3台使用不到4个月就发生严重点腐蚀穿孔破坏的换热器进行宏观检查,也未发现表面裂纹,再进行100%表面着色探伤,内壁也未发现裂纹。

    2　原因分析

    按照《压力容器安全技术监察规程》水压试验的要求,在对不锈钢材料进行压力试验时,水中的氯离子含量不应超过25mg/l。因此,在使用过程中,也应限制水中氯离子的含量。由于不锈钢换热器不锈钢对氯离子很敏感,一旦接触就可能发生腐蚀。在上海,通常原水中的氯离子含量为40～50mg/l,较少时为30～40mg/l,较多时为70～80mg/l,发生海水倒灌时更可达到100mg/l。而我们日常生活中的自来水,为了灭菌,还需要用氯气进行处理,又额外增加了氯离子的含量。氯离子的增多,使得不锈钢换热器发生腐蚀的概率大大增加,也是换热器壳程发生贯穿性气孔,引起泄漏失效的介质原因。

     对使用条件进行分析发现:3台发生点腐蚀穿孔的换热器为某饭店所用。为了延缓结垢,加热水出口的温度控制在55～65℃之间。这3台换热器近水侧没有发生应力腐蚀,全面检验时内外壁也没有发现裂纹,但在焊缝区域发生了严重的点腐蚀穿孔。不锈钢换热器通过审查原始资料,这3台换热器采用SUS304材质,采用氩弧焊焊接,由于输入的线能量较大,在焊后缓慢冷却的过程中,Cr33C6从固溶体中析出,使晶界发生贫铬,耐腐蚀性能降低。经过敏化处理的抗腐蚀性能甚至低于普通碳素钢。

    而对3台发生应力腐蚀的换热器进行分析发现,这3台设备的近水侧壳体在90～95℃温度下产生了应力腐蚀。应力腐蚀裂纹集中出现在近水侧壳体顶封头与筒体的环焊缝上,并大多发源于弧坑处,经热影响区到封头母材区域,垂直于环缝。

    3　预防措施

    要提高防腐蚀性能,主要可以从两个方面入手,一是提高制造质量,二是尽量避免或控制氯离子与壳体的接触。

    通过对比发现,使用316不锈钢制造的换热器,虽然使用环境(水)中的氯离子含量较高,但迄今为止还未在检验中发现有腐蚀情况发生。因此,首先应选用耐孔蚀能力较好的不锈钢作为壳体材料,如316或316L。由于18-8不锈钢中加入了2%的Mo,其耐腐蚀能力大大增加了。焊接时尽量采用氩弧焊而不是电弧焊进行焊接。不锈钢换热器在保证焊缝熔合质量的基础上,应严格控制焊接工艺参数,采取小线能量、多道焊的方法,避免焊缝产生局部过热。

    要控制氯离子与壳体的接触,主要采用隔离的方法。目前我国主要采用非金属防腐蚀涂料进行隔离。在压力容器中常用的有生漆、环氧树脂漆等,由于这些非金属材料附着力强,漆膜坚韧、耐磨、耐温,而且成本低廉,因此不仅使用方便,而且可以大大提高不锈钢换热器的使用性能。

    4　结论

   　(1)不锈钢换热器在不同的使用条件下会发生应力腐蚀和点腐蚀。　　

     (2)通过控制制造材料和工艺参数,提高制造质量,并对容器进行隔离处理,就可以避免或减少腐蚀的发生。