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不锈钢换热器的焊缝腐蚀与选型

时间:2015-12-24  来源:中国反应釜网  作者:[db:作者]  浏览次数:302

  304不锈钢(0Crl8Ni9)以其耐热和耐腐蚀的性能以及低廉的价格而得到广泛的应用。但因其焊接性能差而影响使用效果和使用范围。广州珠江化工集团有限公司广州溶剂厂的甲醛冷却器就是304不锈钢材质的不可拆螺旋板换热器,使用不久就出现焊缝腐蚀穿漏。下面分析焊缝腐蚀的原因和换热器的选择。

  1焊缝的渗漏现象广州溶剂厂有一套甲醛的一、二塔甲醛冷却器均选用不可拆缬旋板换热器,其中一塔为两个冷却器串联,材质均为304不锈钢。使用一段时间后,我们发现一塔第一冷却器蜾旋板端的焊缝有甲醛渗出,在渗出点有不少聚甲醛积聚,且渗出点越来越多,冷却器的下端面甚至有甲醛液滴落,影响周围环境。

  2焊缝腐蚀原因分析甲醛溶液中甲醛含量大约为37 %45%,甲酸一般都小于0.015%,得⑴304不锈钢能够满足耐甲醛腐蚀的条件。不过焊接后不锈钢就发生了很大的变化,耐蚀性能大大降低,加上微量甲酸的存在,焊缝腐蚀就变得严重起来。

  1.1晶间腐蚀晶间腐蚀是沿晶粒的边缘或晶界附近发生,由表面开始,由局部电池反应,在晶界附近直接地进行腐蚀。304不锈钢属奥氏体不锈钢,它含有较高的碳(约0.08%),而且不含钛,在焊接时易形成固溶区和敏化区。晶间腐蚀的发生,就是由于在晶界首先发生碳的聚集,而后碳与铬形成碳化铬,于是靠近晶界处的铬作为碳化物被固定,不能再起到阻止腐蚀的作用,晶界两侧固溶体就出现贫铬带。这些晶界相对于周围晶粒本体而言,它们是阳极,在表面存在腐蚀介质(电解质)时,腐蚀便由晶界产生而向内发展,使不锈钢焊缝损坏失效。甲醛冷却器中甲酸是引起铬镍不锈钢产生晶间腐蚀的介质,它加速了焊缝的的腐蚀。从蠊旋板端的焊缝表面可以看到,甲磨一侧的焊缝有许多渗漏点,而冷却水侧却没有。

  2.2焊接应力降低焊接区域的耐油性304不翻的导规键,娜胀系数大,在糊谢培融金属池的温度篼于基体的温度,凝固时,原篼温的德融金属收缩,产生很高的拉伸应力。在电解质中,金属所受应力高低不同将会产生应力电池,高应力状态的部位成为阳极,而低应力状态的部位成为阴极。这样就加剧了焊缝的腐蚀。

  由于缥旋板换热器制造完毕后很难再做热处理,因此无法消除晶间腐蚀和应力电池腐蚀。

  2.3焊接热裂纹如上面所述,奥氏体的导热性差,热膨胀系数大,且螺旋板端的两条嫌旋角焊缠相距非常接近,焊接后焊缝凝固收缩引起的拉应力很大,很可能影响到相邻的焊缝,产生焊接热裂纹。电解质渗人裂纹中,发生缝隙腐蚀,使焊缝的耐蚀性迅速下降。

  2.4使用度我们在现场观察到,一塔的第一冷却器渗漏严重,而第二冷却器有5个渗漏点,二塔冷却器只有2个渗漏点。一塔的第一冷却器中甲酸液温度在60~84C之间,第二冷却器的温度在40~651之间,二塔冷却器温度一般不高于451C,说明冷却器焊缝的腐蚀与温度有很大关系。另外,Cr-Ni不楚纪正。化工过程动态仿真软件的一般结构。计算机仿真,葛海燕,钟崴等。化工过程仿真培训系统的开发范式。计算机工王陪新,炼油长芳烃抽提装置仿真培训系统。南京工裎学院学邱继英,纪玉波,冷英男,贾金源,化工仿真工艺流程图绘制平台的设计与实现,抚顺石油学院学报,2001.6,53-56.曾勇,石化装置仿真培训系统的开发,计算机仿真,2003.8,94(上接第67页)诱钢的甲酸腐蚀图可以看到,当温度大于70t时,微量的甲酸都会对不锈钢造成较大的腐蚀。甲醛溶液中浓度小于0.015%的甲酸对304不锈钢的腐蚀可能还不会太大,但当温度大于70C时对其焊缝的腐蚀却相当致命。

  2.5材料问题本来304不锈钢应是0Crl8Ni9,但有的换热器厂家却用lCrl8Ni9(302)代替。由于材料中有更多的碳,正如上面第1点所说,更容易发生晶间腐蚀。

  3权宜的维修方法以前出现这种渗漏情况,我们曾试图补焊。但一经烧焊,周边的焊缝立刻裂开,无法再补下去。后来我们用不锈钢板盖住整个螺旋板两端,在周边烧焊,因为冷却水程一般不发生穿漏,不用担心甲醛与冷却水窜混。这样可以在一定程度上延长换热器的寿命。

  4甲醛冷却器的选择甲醛冷却器,特别是一塔第一冷却器的选择,笔者认为以下两个类型较合适,宜根据实际情况加以考虑。

  第一,螺旋板换热器传热效率高,运行可靠性强,结构紧凑可靠,温差要求低,流体阻力小,且具有一定的自洁能力,所以该类换热器应是可选。只是在材质上应考虑使用低碳的304L或316L等焊接性能好的不锈钢。当然,这些不锈钢材价格比304贵。

  第二,板式换热器也是一种结构紧凑、运行可靠的换热器,同时它的板与板间采用密封垫片,不用焊接,避免焊缝腐蚀引起的换热器破坏。所以选用304不锈钢材质可以满足甲醛冷却器的使用要求。另外,板式换热器板可以冲压成各种凹凸形状的板面,使里面的流体都处于湍流状态,因此传热效率很篼,也有一定的自洁能力;而且板式换热器容易加工成较大面积的换热器,也可通过换热板的不同拼装型式得到所需的流通面积,能满足各种不同要求。缺点是板间距离小,当冷却水温升到50~60C时,水中的Ca2+、+等离子容易结成水垢,堵塞通道,影响换热效果。所以要求使用较清洁和低硬度的冷却水。还有一点要注意的是:在定购板式换热器时,一定要各厂家提供物料的性质和流通量,以便让厂家计算设计通道面积和形式。

  5结论304不锈钢材质较差的焊接性能和甲醛溶液中存在甲酸,使甲醛冷却器的焊缝容易受到腐蚀破坏而报废。应该选用没有焊缝的板式换热器。

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