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熱網(wǎng)加熱器換熱管腐蝕原因分析

文檔作者：林秋宇張晨郭可斌張守軍文檔來源：哈爾濱汽輪機廠輔機工程有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年09月29日
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llO
機械設(shè)計與制造
Machinery Design &amp;amp; Manufacture
第7期
2011年7月
文章編號：1001—3997(201 1)07—01 10—02
熱網(wǎng)加熱器換熱管腐蝕原因分析
林秋宇張晨郭可斌張守軍
(哈爾濱汽輪機廠輔機工程有限公司，哈爾濱150090)
Analysis on the cause of heating network heater’S heat exchange tubes corrosion
LIN Qiu-yu，ZHANG Chen，GUO Ke—bin，ZHANG Shou-jun
(Harbin Turbine Auxiliary Equipment Engineering Co．，Ltd，Harbin 1 50090，China)
【摘要】熱網(wǎng)加熱器是供熱汽輪發(fā)電機組的特有設(shè)備，其運行的效果將直接影響冬季供熱效果，
而換熱管是熱網(wǎng)加熱器設(shè)備的。核心，換熱管的選擇正確與否將是影響熱網(wǎng)加熱器正常運行和使用壽命
的關(guān)鍵因素。根據(jù)國內(nèi)某供熱汽輪發(fā)電機組熱網(wǎng)加熱器換熱管泄漏事故，通過組織形貌、斷口分析、腐
蝕性能測試等手段分析其泄露的具體原因，建議熱網(wǎng)加熱器停運期間應該進行充氮保護，不應該采取
灌水保護，分析過程和結(jié)論可以供以后換熱設(shè)備設(shè)計及換熱管選擇時參考。
關(guān)鍵詞：熱網(wǎng)加熱器；換熱管；腐蝕；泄露
【Abstract】Heater yor heating network is the endemic equipment of heat addition steam turboset，the
effectiveness ofopetate will be directly effect the heat additionfor winter，however Heat exchange tubes are
the core of．Heater for heating network．Heat exchange tubes are chosen correctly or not is the key factor in—
fluencing the normal operation and service life ofthe Heaterfor heating network．It according to a leakage
accident of heat-supply unit heating network heater’s heat exchange tubes，By system patterm fiacture
analysis、corrosive nature testing etcfacility to analysis ofthe spec c reasonsfor the leakage，Suggest when
the Heaterfor heating network operate should be nitrogen-filled，should not be adopt irrigation lockout，it’S
process ofanalysis and conclusions Can to offer a reference for designing heating equipment and choosing
heat exchange tubes．
Key words：Heating network；Heat exchange tubes；Corrosion；Leakage
中圖分類號：TH16，TU822+．2 文獻標識碼：A
一
1 —日 IJ^—舀— —
國內(nèi)某臺供熱汽輪發(fā)電機組熱網(wǎng)加熱器用焊接式不銹鋼
管，具體牌號為TP304，規(guī)格為~bl9xlmm。熱網(wǎng)加熱器投入運行
半年后停機半年，運行期間未發(fā)現(xiàn)換熱管有任何泄漏。停機保養(yǎng)
過程中采用的是水側(cè)充滿水，汽側(cè)排空的保護方式，所灌水為運
行時的循環(huán)水。
在進行運行前檢修時發(fā)現(xiàn)熱網(wǎng)加熱器存在換熱管泄漏現(xiàn)
象。整個加熱器從管板到水室銹蝕現(xiàn)象嚴重，換熱管內(nèi)外表面有
銹蝕現(xiàn)象且換熱管內(nèi)部有結(jié)垢。施工現(xiàn)場大面積灑落有銹蝕物
質(zhì)，換熱管表面有明顯銹蝕痕跡。對泄漏換熱管實施了堵管處理
后熱網(wǎng)加熱器投入運行，運行期間幾次出現(xiàn)換熱管泄漏，進行了
多次堵管，檢修時發(fā)現(xiàn)熱網(wǎng)加熱器換熱管泄漏嚴重。
為了正確分析熱網(wǎng)加熱器換熱管泄露的原因，做了如下分
析工作：(1)利用組織觀察、成分分析、腐蝕性能測試等手段，完成
對TP304管的泄漏原因分析。(2)完成組織觀察；借助放大鏡完
成組織形貌觀察，然后進行微觀形貌觀察，通過金相組織觀察等
手段察看斷裂處的微觀金相組織、晶粒結(jié)構(gòu)。(3)通過對斷口表面
局部位置的能譜點分析檢測查清cr、Fe、Ni的真實含量及雜質(zhì)元
素ca、si的準確含量，查清是否有對材料有破壞作用的cl和s
的存在。(4)腐蝕性能測試，通過模擬TP304換熱管的工作環(huán)
★來稿日期：2010—09—16
境，并相應提高溫度和溶液中cl濃度作出極化曲線，掌握不同c1
濃度下的TP304管腐蝕速度，再通過儀器觀察腐蝕形貌，判斷腐
蝕類型。
2組織形貌
2．1宏觀形貌
在換熱管的局部位置出現(xiàn)了不同程度的開裂，裂紋均與管
的軸向垂直，肉眼可見管的外表面及內(nèi)壁均有銹蝕存在，管內(nèi)壁
的銹蝕更加明顯。破損管宏觀形貌，如圖1所示。
圖1破損管宏觀形貌
2．2微觀形貌
2．2．1金相組織觀察
換熱管的金相組織照片，如圖2所示。未見明顯的缺陷，需
要對304鋼管的組織狀態(tài)做進一步分析。
第7期 林秋宇等：熱網(wǎng)加熱器換熱管腐蝕原因分析
200X 500X
圖2換熱管的金相組織照片
2．2．2掃描電鏡組織觀察
在換熱管表面我們發(fā)現(xiàn)材料組織的不均勻程度非常明顯，晶
粒大小的區(qū)別也非常明顯，一些較大的晶粒沿一定的取向相互連
接在一起，形成條帶組織，同時孔洞，裂紋及變形區(qū)均清晰可見。
對裂紋前端成分分析表明，裂紋附近材料成分呈現(xiàn)出Cr的
含量偏高，Cr／Ni的值偏高，說明鋼管開裂處材料局部成分分布不
均勻。裂紋前端能譜分析，如圖3所示。
l 2 3 4 ， 6 ／ lU
keV
(b)
圖3裂紋前端能譜分析
3斷口分析
換熱管的斷口形貌，如圖4所示。從中可見大量的缺陷(空
洞、裂紋及疏松的組織)，放大的斷口形貌中裂紋及空洞更加清
晰，斷口形貌為典型的沿晶斷裂。對斷口的觀察中發(fā)現(xiàn)，在斷口表
面附著許多呈龜裂狀的結(jié)晶物質(zhì)；從對斷口的成分分析表明，該
物質(zhì)中除了含有原材質(zhì)中的Fe、cr、Ni及雜質(zhì)元素ca、si等外還
有少量的對材料有破壞作用的c1和s的存在，由于在材料的冶
煉過程中不可能引入cl元素，因此認為cl的存在是由于在使用
過程中環(huán)境所引入的。而附著物則是典型的鹽的結(jié)晶形貌。隨后
對斷口表面局部位置的能譜點分析檢測發(fā)現(xiàn)，cr的含量顯著提
高，遠遠高出不銹鋼的主體元素Fe的含量。我們認為這種成分差
異不可能是材料制備造成的，這是由于材料本身存在不均勻區(qū)
域，當處于含有c1這樣的腐蝕介質(zhì)中導致?lián)Q熱管腐蝕，引起Fe
的腐蝕，從而造成cr的含量顯著提高。
圖4斷口形貌及能譜分析
4腐蝕性能測試
4．1鋼管在NaCI溶液中的腐蝕測試試驗
由于換熱管所發(fā)生的是局部腐蝕，其腐蝕速率可能不足以
表征材料局部特征。對測試后的換熱管進行表面形貌觀察，以便
進一步分析它們在含有cl離子水溶液中的被腐蝕狀態(tài)。換熱管
在3％NaC1溶液中浸泡6天后，試樣表面不僅出現(xiàn)銹蝕，而且出
現(xiàn)許多腐蝕坑，局部區(qū)域還出現(xiàn)了明顯的裂紋。換熱管在3％NaC1
溶液中浸泡6天后的表面形貌，如圖5所示。
圖5換熱管在3％NaC1溶液中浸泡6天后的表面形貌
經(jīng)上述分析表明，由于發(fā)生腐蝕主要是局部現(xiàn)象，從換熱管
表面被腐蝕的程度可直接觀察到整體被腐蝕的程度。當NaC1溶液
的濃度高達3％時僅6天的時間就足以導致不銹鋼材料出現(xiàn)裂紋。
4-2極化曲線
掃描速率對鋼管的影響較為明顯，即含有腐蝕性介質(zhì)的溶
液在換熱管上面殘留時間越長，對換熱管的腐蝕就越嚴重。不銹
鋼材料在3．5％NaC1溶液中的耐蝕性稍差，說明當鹽的濃度達到
3．5％NaC1時對不銹鋼材料的腐蝕能力更強。鋼管在3．5％NaC1溶
液中的極化曲線(圖略)。
4．3腐蝕形貌
經(jīng)極化測試后，換熱管表面出現(xiàn)了不同程度的腐蝕坑，由此
說明不銹鋼材料在有cl離子存在的環(huán)境中會遭到腐蝕破壞。換
熱管上的腐蝕坑較大且深，腐蝕坑已經(jīng)穿透了管壁，出現(xiàn)十分嚴
重的腐蝕現(xiàn)象。同時還發(fā)現(xiàn)換熱管表面的腐蝕坑呈條帶狀分布。
一般認為，介質(zhì)中沒有氧的存在，僅含有微量cl離子引起cr_Ni
奧氏體不銹鋼的應力腐蝕是相當困難的，當純水中有溶解氧存在
時，就能使Cr-Ni奧氏體不銹鋼產(chǎn)生應力腐蝕破裂。在水和蒸汽
介質(zhì)中，影響Cr-Ni奧氏體不銹鋼應力腐蝕破裂的主要因素是cl
離子濃度和氧含量。
5結(jié)論
5．1換熱管腐蝕的原因
經(jīng)以上分析表明，換熱管腐蝕的原因是熱網(wǎng)加熱器停機后，
換熱管中的循環(huán)水被保留在設(shè)備中，由于循環(huán)水在系統(tǒng)運行過程
112
機械設(shè)計與制造
Machinery Design &amp;amp; Manufacture
第7期
201 1年7月
文章編號：1001—3997(201 1)07一Ol12一o3
快速成型技術(shù)工藝特點及影響精度的因素水
余東滿李曉靜高志華
(河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院特種加工中心，南陽473009)
Technical features and influencing factors of precision for rapid prototyping
YU Dong-man，LI Xiao-jing，GAO Zhi—hua
(Non-Traditional Machining Center，Mechanical Engineering Department，Henan
Polytechnic Institute，Nanyang 473009，China)
、” " 、量一1 1 1 ^ § l，" ．、 H — 州 ^ 瑩，H 、囊— ^ § H 喜 ’、． ^鼻 ’、毫
【摘要】快速成型是一種基于離散堆積成型思想的數(shù)字化成形技術(shù)，可以在無需任何模具、刀具
和工裝的情況下，直接從CAD數(shù)據(jù)，快速制造出具有任意復雜形狀的實體部件。介紹了快速成型領(lǐng)域
四種典型的成型技術(shù)及其加工原理，闡述了其加工過程中所具備的快速性和高度柔性等現(xiàn)代化制造特
點。比較了典型快速成型工藝的適用領(lǐng)域、加工成本和技術(shù)參數(shù)，找出影響成品精度的工藝及設(shè)備方面
因素。分析各種成型技術(shù)在成形精度、表面質(zhì)量、材料成本等方面的優(yōu)點和缺點。
關(guān)鍵詞：快速成型；離散堆積；加工精度
【Abstract】Rapid prototyping(RP)／s a digital manufacturing technology based on discrete stacking．
With RP technology any complex physical part can be machined directlyfrom CAD data without any mold，
；cutter。or technical equipments．h summaries four main typical prototyping in the field and their working{
}principle，meanwhile the rapidfeature and highflexibility in machiningprocess are discussed．Through corn一
；paringthe applicablefields oftypical RP，machining Cost andprocess parametersfactors inprocess and e一；
；quipment of influencing precision offinished products are analyzed and the merits and faults in forming{
；prec 。 ~ace quality and material cost of ari。 RP妣hn。logie5 are analyed． ；
； Key words：Rapid prototyping；Discrete stacking；Machining precision ；
中圖分類號：TH16 文獻標識碼：A
1 弓I言 新產(chǎn)品開發(fā)的“無模制造”，大幅度縮短其開發(fā)周期、降低成本、提
快速成型是近年來迅速發(fā)展起來的一種先進制造技術(shù)。該 高質(zhì)量。能夠自動、快速地將設(shè)計思想物化為具有一定結(jié)構(gòu)和功
技術(shù)可以在無需任何模具、刀具和工裝的情況下，直接從CAD數(shù) 能的原型或直接制造零部件，從而可對產(chǎn)品設(shè)計進行快速評價、
據(jù)，快速制造出具有任意復雜形狀的實體部件或模型，從而實現(xiàn) 修改、以響應市場需求，提高企業(yè)的競爭力 。
★來稿日期：2010—09—11 女基金項目：河南省教育廳科技攻關(guān)計~(2010C460002)，南陽市科技攻關(guān)計劃(2009GG024)
中可能受到污染，水中存在對不銹鋼有腐蝕破壞作用的cl、s等
腐蝕介質(zhì)，當TP304不銹鋼管子在含有腐蝕介質(zhì)的溶液中存放
的時間越長，對管子的腐蝕就越嚴重。熱網(wǎng)加熱器的殼體及隔板
材質(zhì)為碳鋼，在含有腐蝕介質(zhì)的水中出現(xiàn)滲碳現(xiàn)象這又造成不銹
鋼的金屬腐蝕，進一步加重腐蝕程度。當這些腐蝕物質(zhì)進入到循
環(huán)水中，又對其他換熱管造成腐蝕，如此循環(huán)，最后導致?lián)Q熱管內(nèi)
外表面、管板、水室等整個熱網(wǎng)加熱器內(nèi)部出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。綜合以
上情況，熱網(wǎng)加熱器換熱管泄漏的真正原因是發(fā)生了應力腐蝕。
理論上，發(fā)生應力腐蝕需應同時具備3個條件：應力，腐蝕介質(zhì)，
腐蝕溫度。管子在加工、校直、運輸、穿、脹、焊過程中肯定會存在
一定的應力，應力值只有大小之分，但在實際工程中絕對無法徹
底消除。腐蝕介質(zhì)主要是指介質(zhì)中含有能引起管子腐蝕的cl和
s離子等成分。腐蝕溫度是指介質(zhì)中含有一定濃度的cl和s離
子，在這種介質(zhì)中，可使金屬發(fā)生應力腐蝕時的溫度。對于TP304
管在實際應用中，多數(shù)破壞方式都是發(fā)生了應力腐蝕。
5_2熱網(wǎng)加熱器停運期間的保護建議
熱網(wǎng)加熱器在停運期間，應該進行充氮保護，不應該采取灌
水保護，也就是使換熱管不具備腐蝕介質(zhì)條件。熱網(wǎng)加熱器蒸汽
進口閥門停運其間應該保證無泄漏，也就是使換熱管不具備腐蝕
溫度條件。管子本身有應力存在，但是不足以發(fā)生了應力腐蝕，導
致管子泄漏。
參考文獻
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[3]JB,'T4731—2005鋼制臥式容器，2005．
[4]GBI50—1998鋼制壓力容器，1992．
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1992．
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2005．

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