油浆换热器管板开裂原因分析

　　1概况锦州石化公司催化裂化装置油浆蒸汽发生器换热器，为浮头式换热器。油浆换热器在投入使用半年多就发现管板封头处有多处裂纹。像这样的在投入使用不长时间就发现失效的例子有很多。如北京燕山石化炼油部的循环油浆蒸汽换热器在投入使用一年多就发现管板大面积泄漏。这些换热器的失效不仅会影响正常的生产，而且会造成重大的经济损失。鉴于这些换热器使用寿命短、失效形式多等问题，中石油和中石化两大集团对此给予了高度重视，立项研究油浆换热器管板的开裂原因。

　　该换热器为1回壳程4管程换热器，设备类别为二类，设备号为H~205/l-2，取样为H-205/2.油浆换热器的工艺参数如下：管板上的裂纹形貌2.1管板材料的化学成分分析将管板有裂纹处取样进行化学成分分析（委托设计压力：管程/1.0MPa，壳程/温度：管程/370°C，壳程/170°C；操作温度：管程/基金项目：中国石油化工股份有限公司资助课题（303009）辽宁省特殊钢质量监督检验站）结果见表1.结果表明，管板材料相当于国内16Mn材质（GB1591- 1988），管板的化学成分合格。

　　表116Mn材料的化学成分分析2.2管板材料力学性能分析12试验结果（表2）与标准值对照发现：管板材料的力学性能并无超标项，符合国家标准。

　　表2管板材料的力学性能分析数据来源试样试样温度试样状态*编号MPaRs MPa实测值正火室温151332131. 2.3管板材料的金相组织分析从管板上分别切取金相试样，经磨光、抛光、侵蚀后，在金相显微镜下对其焊缝热影响区、融合区及母材的显微组织进行了分析，对裂纹形貌走向与显微组织的关系进行了分析，见~.从可看出，焊缝融合区组织主要是细小珠光体与铁素体。管板焊缝热影响区组织为索氏体+粒状贝氏体，其中贝氏体中有呈小岛状的富碳奥氏体，母材组织为铁素体+珠光体。同时发现管板材料中存在带状组织和夹杂物超标（如），带状组织级别为3级，标准为有3~ 4条通过整个视场的完整的窄条铁素体带，其四周为断续的铁素体带和珠光体带。正常的16MnR的带状组织应小于2级，所以带状组织严重超标。可看出晶粒度为6~8级。高温下的钢材晶粒度为6级，但由可知晶粒大小分布不均匀。为管板材料的夹杂物。其中，铝硅酸盐的夹杂物等级为2级，呈细小球状均匀分散分布。氧化物夹杂的等级为4级，呈粗大颗粒状均匀分散分布；总的来说，管板材料的夹杂物等级为6级，标准的夹杂物等级为5. 5级。所以，此材料的夹杂物超标。

　　2.4管板断口的宏观、微观分析断口腐蚀产物经化学清洗后，对断口进行宏观、微观分析。从可以看出，断口表面颜色灰暗，无明显塑性变形，为脆性断裂。裂纹起源于沟槽处，扩展区有放射状撕裂棱线向沟槽方向聚集，瞬断区断口平整。为裂纹沿铁素体晶粒内部扩展，裂纹有分枝。

　　将管桥有裂纹部分沿裂纹打开，采用能谱仪和扫描电镜（沈阳金属研究所用牛津大学研究所1989年生产的7500型扫描电镜）分别对断口的腐蚀产物和断口形貌进行了分析。0为断口腐蚀产物能谱分析结果。

　　能量/keV 0管桥断口腐蚀产物元素能谱图腐蚀产品主要含有铁，锰，碳，氧，硫，锑，镍，铜。

　　其中铁、锰、硅来源于钢材本身，碳和硫来源于油品中，说明管程泄漏后碳和硫进入到裂缝当中，对裂纹尖端产生一定的腐蚀作用。腐蚀产物主要是铁的氧化物和铁的硫化物。至于含量为13. 06的锑元素从何而来，根据我们的实验与调查，并未发现其壳层水和油污中含有此元素，估计该锑元素可能是炼钢时从废旧钢材中带入的。

　　3分析从可看出，该管板裂纹形貌为树枝状分叉，且尾部尖锐，其特征为典型的应力腐蚀裂纹特征。发生应力腐蚀有两个必要条件，一是腐蚀介质，二是拉应力。腐蚀介质主要来源于壳程中的水和管程中的油浆，壳程的水是工业用水，在高温下形成硫化氢。管程在发生泄漏后，于壳程中水蒸气形成硫化氢。由于壳层温度在150°C的情况下，带有油污的脱氧水中必含有H+，S2-，从而有反应式：硫化氢与铁作用而析出氢，硫化氢的离子参与钢表面上的氧化还原反应阴极2H+ 2e从腐蚀产物的分析中可以看出，腐蚀产物主要是铁氧化物和铁的硫化物。从而进一步证明了H2S腐蚀的存在。

　　应力主要是工作应力和焊接残余应力。由于壳程中上部分是水蒸气，下部分是水，上下部分有一定的温差，使上下管束膨胀程度不一样，使管束产生弯曲应力。因为此管板材料采用堆焊，焊接残余应力很大。

　　再来看焊缝的应力情况，对于油浆蒸汽发生器管板上这种大厚度小焊脚焊缝，焊接时由于只是管板上表面局部烧熔，对整个管板的热影响很小。焊缝冷却后因热胀冷缩在焊缝及热影响区将产生较大的焊接残余应力，管板越厚，这种残余应力越大。另外蒸汽发生器壳程介质是3.0MPa蒸汽，管程是20MPa的油浆。管板内侧压力大于管板焊缝一侧压力，管板焊缝一侧承受拉应力，使管板焊缝及管桥承受拉应力作用。由于焊缝及热影响区存在淬硬倾向和焊接残余应力，且焊接残余应力和工作应力是迭加的，在油浆中腐蚀介质的腐蚀下，导致了管板及管桥裂纹的发生。

　　4结论锦州石化六厂的油浆换热器管板开裂，对材料材质的化学成分分析、管板材料的力学性能分析、管（下转第321页）李昕：舰船用防污涂料的研究进展贝）特别有效，但对付软污损生物（如海藻等藻类）却效果极差。因此，业内人士认为，如果能大限度地减少或推迟软污损的发生，就能有效地减少污损生物的数量，从而更有可能使船底防污涂料保持较长的有效期。目前，有若干的联合生物杀虫剂（Cobk-cide）正在研制中。与此同时，Arch化工公司、罗门哈斯公司和汽巴公司等也宣称他们提供的产品已被证明能大限度地减少和控制软污损。罗门哈斯公司推出的Se―Nine是以异噻唑酮（isothiazolone）为基础的生物杀灭剂，该物质在海水及泥沙中的半衰期不到1h，不会对海水造成污染，并且在舰船防污涂料配方中也十分稳定。

　　5防污涂料的发展趋势展望综上所述，防污涂料的研究重点是尽快开发出高性能高使用寿命而对海洋环境影响小的防污剂，并将目前已研制出的新型生物防污剂的防污功能在其使用寿命期内尽可能多地释放出来。