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換熱器管穿孔泄漏分析

文檔作者：尤兆宏文檔來源：上海賽科石化股份有限責任公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年09月21日
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636 化工機械2011芷
換熱器管穿孔泄漏分析
尤兆宏+
上海賽科石化股份有限責任公司)
摘要分析了換熱器管穿孔泄漏失效的原因，并提出了應時措施。
關(guān)鍵詞換熱管穿孔泄漏
中圖分類號TQ051 5 文獻標識碼B 文章編號02544i094(201 1)054)6364)3
某換熱器管束服役半年后發(fā)生泄漏失效，換
熱器管內(nèi)為急冷油，溫度在200～205℃，壓力
0．9MPa；管外為工藝水，溫度160—170℃，壓力
0．6MPa。換熱管的化學成分為：C 0．1％、S
0．005、Si 0 22％、Mn 0．43％、P 0．016％，未發(fā)現(xiàn)
異常。筆者通過對腐蝕產(chǎn)物及工藝水的化學成分
進行檢測分析，得出了管束泄漏失效的主要原因
為工藝水中的硫離子與碳鋼發(fā)生局部腐蝕，換熱
器管的高溫和垢層也是促進穿孔泄漏的因素。
1 宏觀形貌及腐蝕產(chǎn)物成分分析
發(fā)生泄漏的換熱管外壁有少量開放式的蝕坑
(圖1、2)，坑內(nèi)沒有明顯的腐蝕產(chǎn)物(已清洗干
凈)，其中1。換熱管未穿透，2。換熱管腐蝕已經(jīng)穿
透管壁。
圖1 l。熱管的腐蝕形貌
圖2 2。熱管的腐蝕形貌
對管子外壁刮下一些粉末附著物進行分析，
主要元素為Fe、Na、O和P。為了確認坑底腐蝕反
應的產(chǎn)物，特將坑底剖面研磨并清洗，留有大約
0．1mm厚的一層緊密的黏附產(chǎn)物，具體成分見表
1。
根據(jù)坑底腐蝕產(chǎn)物的檢測結(jié)果，管子外壁黏
附的粉末成分含有O、Fe、Si、Na及Ca等元素，沒
有發(fā)現(xiàn)s。但腐蝕坑底黏附的一層產(chǎn)物中，含有
O、Fe、S，沒有發(fā)現(xiàn)Na，這說明腐蝕產(chǎn)物中有可能
含有鐵和硫反應生成的FeS。
2工藝水檢測
在中性條件下，鋼管表面有一層Fe，O。保護
膜，不會發(fā)生腐蝕。而換熱管明顯發(fā)生了腐蝕穿
孔，初步推斷為工藝水中的雜質(zhì)局部濃縮使水冷
管局部產(chǎn)生酸性或堿性的條件。特從進口處和出
口處取工藝水進行分析。
+尤兆宏，男，1965年9月生，高級工程師。上海市，201507。
萬方數(shù)據(jù)
第38卷第5期化工機械637
2 1進、出口水的pH值
將工藝水放在燒杯中用電阻爐加熱蒸發(fā)，觀
察pH值的變化。表2為進121工藝水取樣蒸發(fā)的
情況，而出口處工藝水蒸發(fā)前、后沒有變化，pH>
8．4，呈堿性。
表2進口水的pH值變化情況
2．2工藝水中硫離子的檢測
采用滴定法對人口工藝水進行檢測，定性分
析結(jié)果表明工藝水中含有硫離子。由于乙烯稀釋
蒸汽中含有硫化氫，需要用NaOH和胺進行中和。
硫化氫與堿反應生成Na：s和醋酸鈉(可能還有
其它形式的產(chǎn)物，這要根據(jù)加入的胺鹽種類決
定)，這些化臺物在水中是以離子形式存在的，其
中硫以S。的形式存在。
3腐蝕的可能原因分析
3．1管子原始缺陷
鋼材原始缺陷有宏觀缺陷和微觀缺陷。宏觀
上的缺陷是在管子軋制和安裝過程中形成的，主
要是裂紋缺陷，但檢查管子沒有發(fā)現(xiàn)有裂紋類的
缺陷。微觀缺陷有微裂紋和夾雜兩種，從凹坑底
部的金相(圖3)來看，金相組織為鐵素體和少量
珠光體，是低碳鋼的正常組織?，沒有發(fā)現(xiàn)有明
顯的夾雜物缺陷，管子的微觀組織是正常的。凹
坑底部的金相組織和管子其它部位的金相組織
(圖4)沒有區(qū)別，晶粒組織沒有變形，沒有發(fā)現(xiàn)受
過外力形成的凹坑痕跡，也沒有明顯的夾雜物。
閨4 首叫p。n壘相組?i
3．2局部區(qū)域存在酸性物質(zhì)
根據(jù)換熱器進口水蒸發(fā)濃縮試驗結(jié)果，工藝
水蒸發(fā)后揮發(fā)了部分堿性物質(zhì)，也就是說工藝水
汽化后有變成酸性的可能性。若工藝水中有機物
含量超標，在換熱器管束附近會產(chǎn)生局部汽化，水
中的有害物質(zhì)就在殼程列管處蒸發(fā)析出而沉淀結(jié)
垢”1。局部濃縮極易發(fā)生在結(jié)垢的部位，隨著s一
濃度的升高，F(xiàn)e，O。氧化保護膜的擊穿電位降低，
膜的破壞加劇，而且還能影響正常氧化保護膜的
形成。
溫度高會加劇硫化物(酸)或堿在管外表面
的局部濃縮，引起局部酸腐蝕或堿腐蝕，在沸騰狀
態(tài)下管表面形成腐蝕凹坑“3。換熱器下部溫度
萬方數(shù)據(jù)
638 化工機械2011鉦
高，如果有垢層，垢下的溫度會更高，因此在換熱
器底部管子垢層處水汽化的可能性比上部的大。
當垢下工藝水發(fā)生局部汽化后，會揮發(fā)部分堿性
介質(zhì)，進而使垢下呈酸性。而垢下工藝水一旦呈
酸性，原來水中的硫離子便以硫化氫形式存在，這
樣就極易發(fā)生電化學腐蝕：
Fe+H2S(水溶液)-+FeS+H2
反應生成的H：S對腐蝕坑中的金屬基體產(chǎn)
生腐蝕，腐蝕產(chǎn)物FeS水解重新生成H：S，腐蝕疏
松的堆積在濃縮部位，形成點蝕，隨著點蝕的加劇
管換熱穿孔失效。
3．3 NaOH濃縮造成腐蝕
垢下局部濃縮NaOH時可能會形成應力腐蝕
開裂(俗稱堿脆)H o，此時的失效形式為裂紋而不
是局部凹坑的腐蝕。NaOH造成的腐蝕往往以沿
晶形式發(fā)展，腐蝕坑底為沿晶形貌。但本例中腐
蝕坑底沒有發(fā)現(xiàn)有沿晶的晶粒。因此可以排除
NaOH濃縮造成腐蝕的可能性。
4應對措施
此換熱器在之前運行期間使用3年才發(fā)生泄
漏，本次自開車以來只用了半年就發(fā)生泄漏。而
本次換熱器運行條件與以前的不同是操作溫度提
高了10～20％，操作溫度提高勢必造成垢層下溫
度更高，造成了局部區(qū)域汽化而產(chǎn)生酸性介質(zhì)的
條件。筆者提出的應對措施為：適當降低換熱器
的操作溫度；加強換熱器的排污；適當提高工藝水
的pH值。
5結(jié)束語
根據(jù)對腐蝕產(chǎn)物的分析及工藝水的檢測，得
出在高溫換熱管結(jié)垢的情況下，工藝水發(fā)生局部
汽化后，會揮發(fā)部分堿性介質(zhì)，垢下局部區(qū)域呈酸
性。而S一在局部濃縮的酸性環(huán)境下，破環(huán)碳鋼的
保護膜，不斷腐蝕局部濃縮部位，形成點蝕直至穿
孔。
參考文獻
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(收稿日期：2011-01-10)
(上接第599頁)
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(3)：9～11．
(收稿13期：2010-05-24)
Numerical Simulation of Flow Pattern and Temperature
Distribution for Pitched Blade Turbine Mixers
WANG Wei
(School of Mechanical Engineering，Liaoning Shihua University，F(xiàn)ushun I 1300 1，China)
Abstract MIXSIM software was applied to simulate both flow pattern and temperature distribution of pitched
blade turbines in turbulent flow．The simulation results show that with the increase of Reynolds number，the flow
pattern changes gradually from radical flow to axial flow，and when the temperature tends to be stable，and at
both sides of the shaft，it becomes symmetry，and a low temperature region can be seen there respectively．
Key words turbine mixer，turbulent flow，pitched blade turbine，flow pattern，turbulent flow

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