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换热器需定期检修维护

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换热器需定期检修维护

发布日期:2016-07-28 00:00 来源:http://www.wallsinn.com 点击:

换热器需定期检修维护

在检修维护换热器汽包时发现汽包封头泄漏,在汽包封头的阀盖角焊缝处出现裂纹,裂纹平行于焊缝。采用宏观形貌分析、化学成分分析、金相检验、显微硬度测定、能谱分析以及应力分析等方法对泄漏处进行了分析。结果表明,汽包中水质含有较高浓度的碱性元素和氯、硫、氧等强腐蚀性元素,又在焊接残余应力的作用下发生应力腐蚀开裂,最后导致汽包封头产生泄漏。
  应力腐蚀;沿晶;碱脆;轧制带状组织某化工厂换热器汽包于1996年投入使用,于2005年上半年维护检修时发现渗漏。经去除外面保温材料后,发现汽包封头的盖板角焊缝位置出现裂纹,裂纹为穿透型,起源于汽包封头内表面,换热器外形尺寸为1632mm9423mm,汽包封头外形尺寸为1632mm400mm,汽包封头材料为16MnR钢。正常情况下汽包水平放置,其下半部分为水,上半部分为过热蒸汽,温度约为200左右,内部压力约为0.8MPa.汽包内水质技术要求pH值为911,实际测试值为pH约为11,pH值主要采用添加烧碱来调整。
  1理化检验

     1.1宏观检查平行于焊缝取裂纹试样。为裂纹穿透部分开裂面形貌,可以看到,裂纹开裂面锈蚀严重,其锈蚀程度几乎和焊接表面相当,覆盖着一层厚的腐蚀产物,垂直于焊缝取裂纹试样,经镶嵌、磨抛、侵蚀后检验,可以发现裂纹起源于焊接热影响区焊接熔合线处,有分叉。
  理化检验物理分册王荣:换热器汽包封头泄漏原因分析

    1.2化学成分分析对裂纹处母材取样进行化学成分分析,母材的化学成分符合技术要求。
  1.3除有一条较粗的主裂纹外,在主裂纹的两侧还分出数条细小裂纹,这些细小裂纹内充满了灰色氧化物。氧化物,属于低碳钢应力腐蚀裂纹的典型形貌试样经侵蚀后,可以看到裂纹起源于焊接热影响区焊接熔合线处,裂纹尖端较钝,裂纹沿晶扩展,内部充满了灰色氧化物。
  裂纹处的焊缝组织为条状、片状的铁素体 珠光体。裂纹处母材显微组织为呈带状分布的铁素体 珠光体。铁素体带状组织按GB/T13299-1991评级图A3中B系列评定为5级;铁素体晶粒度根据GB/T6394-2002评级图Ⅰ进行评定,远离断口处母材的晶粒<10级。
  1。4显微硬度测定分别对裂纹附近的热影响区、焊缝和远离裂纹的母材进行显微硬度测定,结果表明,热影响区为显微硬度检查结果来看,焊接热影响区的显微硬度要高于远离裂纹的母材和焊缝。
  1.5裂纹内的腐蚀产物进行分析,前者含(质量分数,下同)项目实测值理化检验物理分册王荣:换热器汽包封头泄漏原因分析铁、硅;裂纹内灰色氧化物经能谱分析,2.6O,其主要元素为铁、氧等。从裂纹内腐蚀产物EDAX能谱仪半定量分析结果来看,产物中除有较高含量的钠,钙等碱性元素外,还有较高含量的强腐蚀性元素氧、硫和氯元素;细小裂纹内部的灰色氧化物主要成分为铁和氧。
  

    2结果与分析从裂纹的宏观形貌来看,裂纹均起源于汽包内表面焊接热影响区,裂纹开裂处腐蚀严重;裂纹附近的母材成分符合技术要求;主裂纹旁均有一些细小裂纹,形貌如同枯树根,裂纹侧面和裂纹尖端存在大量灰色氧化物;裂纹起源于焊接热影响区的焊接熔合线处并沿晶扩展,裂纹起源处显微组织为低碳马氏体 贝氏体,焊缝和母材组织正常,母材组织晶粒细小;裂纹附近的焊接热影响区硬度高于焊缝和母材;裂纹内部的腐蚀产物中含有较高的钠、钙等碱性元素和硫、氯、氧等强腐蚀性元素。
  根据以上检验结果,认为,汽包封头角焊缝处的裂纹性质为应力腐蚀开裂。发生应力腐蚀破坏通常都有一个或长或短的孕育期。该汽包封头在使用过程中,液体介质中的碱浓度时常发生变化,能谱分析结果表明,腐蚀产物中含有氯和硫两种元素,这说明液体介质在某一时期有可能呈酸性,加上该汽包封头本身也比较厚,所以历经十余年才发生开裂泄漏。
  发生应力腐蚀的基本条件是应力和腐蚀性环境。焊接时焊缝热影响区存在着焊接残余应力,这种应力有时可超过材料的屈服强度s,在苛性钠腐蚀环境中很容易出现应力腐蚀。从金相检验结果来看,裂纹起源处的组织和裂纹尖端的组织差别较大,显微硬度也高于母材区,这种差异是由焊接过程引起的。焊接经历着一系列复杂的非平衡的物理、化学过程,从而造成焊缝和热影响区存在化学元素分布不均匀,晶粒粗大,组织偏析等缺陷,从而使焊接接头处存在较高的焊接残余应力和组织应力,使得腐蚀抗力降低,成为应力腐蚀的敏感部位金属在碱液中的应力腐蚀破裂称为碱脆。氢氧化钠浓度在5以上碳钢几乎都可能产生碱脆。碳钢通常在蒸汽系统(特别是低压蒸汽)和热水系统,遭受溶解氧的侵蚀,温度在80250间最为严重。根据该失效件的实际工作条件,正好是低碳钢发生应力腐蚀的理想状态。
  一般认为,碳钢在苛性纳中的应力腐蚀开裂机理是由于阳极溶解而引起的,开裂形态为沿晶型,其反应式为:Fe 4OH2,其反应结果是表面生成四氧化三铁保护膜。此膜受应力的作用而被破坏,继而再钝化使膜修复,当膜的破坏和再修复处于动态平衡状态时,发生阳极溶解型的应力腐蚀开裂。
  焊缝区域表面粗糙度较差,缝隙和死角的存在,为有害物质(如OH等)的浓缩提供了条件,从而在电化学方面满足了应力腐蚀条件。多数情况下,焊缝区域的电位最低,焊缝金属因选择性溶解而被迅速地腐蚀,就焊接接头而言,由于焊缝组织粗大,夹杂多,而且存在焊接残余应力,因而即使焊缝和母材化学成分相同,焊缝的电位也往往低于母材的电位,从而导致焊缝首先被腐蚀3结论汽包中液体介质含有较高浓度的碱性元素和氯、硫、氧等强腐蚀性元素,又在焊接残余应力的作用下发生应力腐蚀开裂,最后导致汽包封头产生泄漏。

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