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反應釜盤管泄漏失效分析

發表時間:2024-01-02 15:21

反應釜盤管泄漏失效分析

在日常使用反應釜外部冷卻水盤管處發現橫向裂紋,有冷卻水泄露,通過金相檢驗、化學分析等試驗方法,查明失效原因。結果表明:304L材料耐點蝕性能較差,使用過程中盤管內冷卻水溫度較高,氯離子濃度很高,導致盤管產生氯離子應力腐蝕開裂。建議更改盤管材料,冷卻水中加入緩蝕劑,降低氯離子濃度,以降低應力腐蝕敏感性。

關鍵詞:氯離子濃度;斷裂;應力腐蝕;溫度

清遠市大齊特種設備有限公司是一家專門服務于化工企業建廠總包工程的科技創新型企業,主要產品:電加熱反應釜、蒸汽加熱反應釜、外盤管反應釜、不銹鋼反應釜、列管冷凝器、螺旋板式換熱器、刮板式薄膜蒸發器、各類材質的大型儲罐、不飽和樹脂設備等化工成套設備。公司為各化工企業提供廠房整體設計、工藝設計、設備選型制造、管道安裝、自動化控制系統工程及售后維護服務。http://www.029736.com/   135 5398 5858趙生。


系統反應釜使用后發現有冷卻水從釜體外部保溫層內流出,該盤管材質為SA-240304L,該釜冷卻水使用后會有60s的時間進行氣體吹掃以排出管內積水(不排除有水分殘留)。經拆開保溫后發現,最下面一根盤管有2處裂紋,經超聲波測厚儀測量,該處壁厚檢查未見明顯異常。取樣切開后發現有嚴重銹跡,為了查明失效原因,取樣進行化學成分檢測,拉伸試驗,金相檢驗等試驗。

1?理化試驗

1.1?化學成分分析

化學成分樣品處取樣分析,采用臺式直讀光譜儀對接管外壁及內壁進行化學成分分析,其成分滿足標準要求。

1.2?拉伸試驗

在裂紋附近處縱向取樣進行室溫拉伸性能試驗,拉伸試樣寬度為12.5mm,厚度按原管壁厚,按照GB/T228.1試驗方法進行拉伸試驗,試驗結果滿足標準要求。

1.3?金相檢驗

將切割后的管子沿裂紋處取樣進行金相檢驗,將樣品打磨拋光用10%草酸電解腐蝕后,在金相顯微鏡下放大12.5倍觀察裂紋走向,可以看出從管內壁往外壁擴展。分別放大100X,200X,500X后觀察,金相結果顯示:組織為奧氏體組織,裂紋主要為穿晶裂紋,其裂紋呈明顯的支狀裂紋。

由以上理化試驗結果,可知此盤管材料的化學成分、拉伸試驗性能均滿足標準要求。金相檢驗結果表明,材料組織為正常奧氏體組織,裂紋由內壁向外壁擴展,裂紋主要為穿晶裂紋,呈枝狀分布。

2?分析與討論

經過調查了解,本項目所使用的盤管材料為304L材料,盤管由板材冷成形壓制而成,本身應力較大,加上焊接過程還會再次增加應力,導致材料內部存在較大應力,且冷卻水中CL離子濃度高達210ppm,溫度達180℃,具備了產生應力腐蝕開裂的三要素,很容易產生應力腐蝕開裂(SCC)。

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溫度是影響應力腐蝕的重要因素之一,隨著溫度的升高,發生SCC的氯離子濃度在降。由文獻可知當溫度達到180℃時,較低的氯離子濃度即可發生SCC。從金相結果也可以看出為典型的應力腐蝕裂紋。從使用環境來說,CL離子濃度高,操作溫度高,本身就具有很高的應力腐蝕敏感性。


控制應力腐蝕失效的方法,需要從應力腐蝕開裂三要素(材料敏感性、內應力,環境介質)著手解決。

1)對于材料,高應力腐蝕敏感性環境需要選用耐應力腐蝕不銹鋼。從敏感性高低排列,304L>316L>2205。含Mo316L奧氏體不銹鋼耐應力腐蝕性能要優于304L,而奧氏體+鐵素體雙相不銹鋼的抗應力腐蝕能力最好。

2)控制應力,在壓力容器制造過程中,盡可能降低存在的應力。如本項目盤管為薄板卷成盤管,本身開平板應力就比較大,再經過加工成形已經后續安裝焊接等工序,造成應力的疊加。如果盤管由管子彎制而成,內應力將會小很多。
3)環境介質,對于化工設備,其使用的工藝條件對應力腐蝕有巨大影響,其工藝介質中的氯離子含量、溫度、PH值、溶解氧含量等都會影響設備的使用。應做到按照介質條件,使用工況情況來選擇合適的材料進行制造,可通過添加緩蝕劑來降低工藝介質的腐蝕特性。

清遠大齊特種設備,從事化工反應設備制造,化工廠設計布局,化工項目總承包,化工設備升級改造,設備安裝,深受華南地區的一致好評。材料總結
1)該盤管是由于冷卻水氯離子濃度較高,使用溫度較高引起的SCC。

2)通過改變盤管的材料來提高此操作條件下的耐應力腐蝕能力。

3)通過添加緩蝕劑來降低冷卻水的氯離子含量,降低使用溫度來減緩應力腐蝕敏感性。


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