螺旋板式換熱器失效原因分析從現(xiàn)有試樣的分析結(jié)果和該設(shè)備的運行情況看,裂紋起始于螺旋板的冷側(cè),裂紋穿透后熱側(cè)介質(zhì)串入冷側(cè),熱側(cè)介質(zhì)中的硫化氫對腐蝕起了促進作用,裂紋性質(zhì)符合1Cr18Ni9Ti在含Cl-介質(zhì)中高溫下(大于50℃)應(yīng)力腐蝕開裂的特點。
    因此,該螺旋板式換熱器的泄漏失效是典型的Cl-引起的應(yīng)力腐蝕開裂所致。冷側(cè)介質(zhì)中存在的大量Cl-和Fe3+可以導(dǎo)致1Cr18Ni9Ti發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂,在大于80℃時,介質(zhì)中大量的Fe3+縮短了不銹鋼在Cl-介質(zhì)中發(fā)生應(yīng)力腐蝕的誘導(dǎo)期,對開裂起強烈的促進作用[2]。

    這是導(dǎo)致?lián)Q熱器過早失效的主要原因。螺旋板筒體母材金相組織中呈帶狀聚集分布的TiN對材料的抗蝕性有很大的影響,容易造成材料的開裂。而堵板組織中的馬氏體可以使材料的內(nèi)應(yīng)力增加,奧氏體組織的穩(wěn)定性降低,對應(yīng)力腐蝕極為敏感。環(huán)境、材料和力學(xué)因素(靜態(tài)拉伸應(yīng)力)是材料產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂的3個基本條件,對于Cr2Ni奧氏體不銹鋼來說,能引起應(yīng)力腐蝕開裂的常見特定介質(zhì)有氯化物、氫氧化物和連多硫酸等,較典型的就是Cl-引起的應(yīng)力腐蝕開裂,已有的研究結(jié)果證明,對于Cr2Ni不銹鋼,水中所含Cl-的質(zhì)量濃度在0.2～10mg/L即可導(dǎo)致材料斷裂。此外,氧化性的金屬離子是強烈的致點蝕劑,金屬表面的點蝕坑可造成局部應(yīng)力集中,點蝕坑內(nèi)可形成閉塞區(qū),使該處的pH值下降和Cl-富集,提供了有利于應(yīng)力腐蝕裂紋的成核和擴展的介質(zhì)———應(yīng)力條件。H2S和O2的存在,在一定的條件下可促進敏化態(tài)的不銹鋼產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂。螺旋板式換熱器的兩端具有縫隙結(jié)構(gòu),縫隙結(jié)構(gòu)也是導(dǎo)致不銹鋼發(fā)生應(yīng)力腐蝕的重要裂紋源,其影響與點蝕相似。
    此外,pH值和溫度對應(yīng)力腐蝕斷裂的敏感性也有影響,試驗和實踐證明,對于固溶態(tài)和敏化態(tài)的1828型不銹鋼,pH值為4時都有一個敏感峰值。在22%的NaCl中,1828型不銹鋼的裂紋擴展速度從室溫的10-10m/s加速到140℃的10-7m/s,隨溫度的升高,1828型不銹鋼的孔蝕數(shù)目也增加。對應(yīng)于該螺旋板式換熱器的實際使用情況,其開裂部位大多位于溫度高于80℃的區(qū)域,且溫度越高開裂越嚴(yán)重。
    焊縫區(qū)通常具有接近屈服點的殘余應(yīng)力,因此,該換熱器的螺旋板兩端有很大的周向焊接殘余應(yīng)力。近縫區(qū)母材的金相組織劣化使這些部位的抗應(yīng)力腐蝕能力下降,表現(xiàn)為應(yīng)力腐蝕裂紋主要是近縫區(qū)的橫向裂紋,裂紋向母材和焊縫方向發(fā)展,并穿透整個板材。由于螺旋板兩端焊縫的徑向收縮作用,使螺旋板的兩端母材承受了較大的彎曲應(yīng)力,表現(xiàn)為該處母材多處發(fā)生穿透性縱向裂紋。
    綜上所述,該螺旋板式換熱器的焊縫裂紋為應(yīng)力腐蝕開裂,介質(zhì)中的Fe3+和H2S等對加速應(yīng)力腐蝕裂紋的形核和裂紋擴展起了促進作用