板式换热器不锈钢板片失效分析

　　安全分析板式换热器不锈钢板片失效分析董雷云，刘长军，潘缉悌（华东理工大学，上海200237）蚀产物成分等角度，分析了板式换热器不锈钢板片穿孔泄漏的原因。结果表明，不锈钢板片失效的主要原因是氯离子引起的缝隙腐蚀所致。

　　1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，厚度为0.5mm，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-9°C，出口温度2°C.使用两年多以后，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（见）；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（见）。

　　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（见），冷冻水一侧的腐蚀孔较小（见）。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锈钢板片人字纹的凸面上，凹面上未发现有腐蚀坑存在。而人字纹的凸面处为板片间的交叉触点，存在缝隙腐蚀的可能。

　　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SUS316不锈钢的要求。

　　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。冷冻水侧金相组织见硫氰酸钠侧表1化学成分（）元素实测金相组织见。板片金相组织正常，为典型的奥氏体组织织板片两侧的腐蚀凹坑底部均未发现有微裂纹存在。

　　坑从宏观上看表面光亮，几乎看不到有腐蚀产物存在，但是在扫描电镜中可以看到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0.73（Wt）Na和1.33（Wt）的S，说明硫氰酸钠侧的腐蚀是由介质中的硫氰酸钠造成的。

　　5.2冷冻水侧腐蚀坑表面微观形貌分析冷冻水侧腐蚀坑表面在扫描电镜中的微观形貌5腐蚀坑表面的微观形貌分析5.1硫氰酸钠侧腐蚀坑表面微观形貌分析硫氰酸钠侧腐蚀坑表面在扫描电镜中的微观形貌见，其中（a）是全貌。虽然这一侧的腐蚀后由硫氰酸钠一侧泄漏带入的。

　　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C1-含量和pH值。介质中的Cl-含量采用Dinex600高效离子色谱仪分析，冷冻水中的C1含量高达781ppm，硫氰酸钠侧溶液中的Cl-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Cl-离子，且冷冻水中Cl-离子含量高达781ppm，因此在介质中所含Cl-离子的作用下在板片触点处造成了缝隙腐蚀。

　　7失效原因综合分析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由Cl-引起的板片触点处的缝隙腐蚀所致。

　　8结论板式换热器不锈钢板片的腐蚀失效是介质中Cl-引起的板片触点处的缝隙腐蚀所致。建议：降低介质中Cl-离子含量。腈纶生产中Cl-来源于两个方面：一是原料带入二是脱盐水带入。

　　为了减少或避免316不锈钢的腐蚀源，应把好原料关，严格控制丙烯磺酸钠NaCl含量，并严格进出水Cl指标。

　　确保设备钝化膜完好。钝化膜的缺陷是导致腐蚀的内因，此缺陷来源于（下转第58页）根据对各检测区域的评定结果，将该液化气球罐上半球的部分焊缝划定为需要使用常规方法进行复查的部位，如中浅灰色粗线标记的部位。此外中黑色小三角所标出的部位为声发射检测试验后使用常规磁粉探伤方法所检测出的表面裂纹。

　　根据声发射检测结果划分的需复查部位与常规磁粉探伤检测结果的比软常规磁粉探伤检测出的表面裂纹中约70位于根据声发射检测结果所划分的需复查的焊缝上。

　　4结论（1）利用声发射对1m3液化气球罐的上半部分进行了检测，并将检测结果与常规磁粉探伤结果进行了比较，结果具有较好的符合性，声发射对材料非常敏感，对本文中SPV50Q材料参照了16MnR材料的声发射特性，对检测结果的判断会引入一定的误差，在条件许可的情况下，对容器材料的声发射特性进行研究，有助于提高声发射信号源判断的准确性，对于罐顶罐底等部位，因存在人孔，料孔，管路等复杂结构对定位精度的影响需作进一步研究声发射检验技术对今后在装易燃有毒介质的关键压力容器进行不开罐定期检验中，可发挥重要的作用。