不锈钢换热器的焊缝腐蚀与选型

　　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。

　　，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。