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換熱器管束開裂原因分析

文檔作者：劉園，王正，王璐，王斌，王蕊，李鵬志文檔來源：大連理工大學(xué)能源與動力學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2024年09月21日
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第6期 一83一
換熱器管束開裂原因分析
劉園，王正，王璐，王斌，王蕊，李鵬志
(大連理工大學(xué)能源與動力學(xué)院， 遼寧大連1 1 6024)
[摘要]某公司換熱器管程介質(zhì)為中溫中變氣，殼程介質(zhì)為除氧水。更換管束后運(yùn)行11個月，檢修時發(fā)現(xiàn)換熱管開裂。為
此對換熱管進(jìn)行化學(xué)成分分析、金相組織分析、斷口宏微觀形貌、掃描電鏡分析以及斷口腐蝕產(chǎn)物分析，發(fā)現(xiàn)夾雜物是引
起換熱管開裂的主要原因。
[關(guān)鍵詞]換熱管；管束開裂； 失效分析；夾雜物
某公司有一臺換熱器，換熱器管程介質(zhì)是中
變氣，工作壓力2．79 MPa，入口溫度429℃ ， 出
口溫度185℃；殼程介質(zhì)是除氧水，工作壓力4．4
MPa，入口溫度155 oC，出口溫度256℃。換熱管
材料為0Crl8Nil0Ti，換熱管與管板連接采用強(qiáng)度
焊加貼脹。
該換熱器自2009年5月投入使用，2012年6月
更換新管束，2013年5月發(fā)現(xiàn)換熱管發(fā)生開裂。對
開裂管束進(jìn)行檢修時發(fā)現(xiàn)：有十多根換熱管在距
管頭約100 mm處(管板厚128 mm)開裂；部分管
束裂紋出現(xiàn)在換熱管內(nèi)側(cè)距管頭40．50 mm處，大
部分管束在管頭貼脹區(qū)內(nèi)出現(xiàn)多處裂紋，裂紋呈
周向分布； 同時失效管束外表面存在白色物質(zhì)及
黃色及黑色氧化物。
1失效換熱管分析
失效換熱管開裂狀況如圖1所示，可看出換熱
管沿周向存在裂紋，與軸向方向垂直，裂紋已經(jīng)
穿透換熱管?。
圖1 失效換熱管局部開裂圖
1．1換熱管化學(xué)成分分析
換熱管材料為0Crl8Ni10Ti，對換熱管材料進(jìn)
行的化學(xué)成分分析結(jié)果如表1所示，材料的化學(xué)成
分符合GB13296—2007《鍋爐、熱交換器用不銹鋼
無縫鋼管》規(guī)定的技術(shù)要求。
表1 換熱管化學(xué)成分分析 (％)
牌號 C Si Mn P S Ni Cr Yi
GB13296-2007 ≤O．O8 ≤ 1．0 ≤2．0 ≤0．035 ≤0．O3 9—12 17一l9 ≥ 5C％
失效管 0．0266 0．428 0．681 0．0322 0．00034 9，25 17．59 0．242
1．2換熱管金相組織分析
對換熱管的壁厚方向拋光，并經(jīng)王水溶液浸
蝕，觀察其金相組織如圖2所示。由圖2a可見，管
子內(nèi)部分布較多夾雜物，為球狀氧化物； 由圖2b
可看出金相組織為奧氏體組織，且分布大量黑色
點(diǎn)狀夾雜物，夾雜物對材料的抗腐蝕性能和強(qiáng)度
都會產(chǎn)生不良影響【 。
作者簡介：劉園(1987一)，女，河南鄭州人，大連理工大學(xué)能
源與動力學(xué)院碩士研究生在讀，研究方向?yàn)樵O(shè)備與結(jié)構(gòu)安全性評價
及壽命預(yù)測。

一
86一 ■ 腐蝕防護(hù) 2石0油和化工設(shè)備
14年第17卷
1．5斷口腐蝕產(chǎn)物分析
為研究換熱管斷裂原因，采用SEM掃描電鏡
和EPMA探針對斷口腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析，分析結(jié)果
如表2、表3所示。腐蝕產(chǎn)物中含有大量Fe，少量
Ca，說明腐蝕產(chǎn)物主要有Fe3O4、CaCO3。Fe3O4是
管壁金屬鈍化膜的主要組成成分，CaCO，是水中雜
質(zhì)沉淀生成的【 】。
表2 掃描電鏡分析斷口腐蝕產(chǎn)物
化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))％
c l Si l Ni I Cr I Fe l Ca Mg
0．66
0
25．20 l 0．35 l 2．85 l 1．64 I 42．3O l 1．12 25．88
表3 EPMA探針分析斷口腐蝕產(chǎn)物
化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))％
c l Mn l Ni l Cr l Ti I Fe I Ca l Cu l A1
2．768 l 0．852 I 6．698 f 32．219 l 1．011 l 55．134 l 0．318 1 0．903 l 0．095
2分析結(jié)果及討論
由換熱管化學(xué)成分分析可以看出，材料的化
學(xué)成分符合要求。觀察換熱管金相組織分析， 組
織中存在大量黑色點(diǎn)狀夾雜物； 同時對斷口及斷
口附近進(jìn)行宏微觀相貌分析， 發(fā)現(xiàn)裂紋由外表面
開始，向內(nèi)表面進(jìn)行，裂紋分叉，有二次裂紋吲。
從斷口掃描電鏡中可以看到， 斷口表面的氧化物
上存在很多微小的裂紋，這是裂紋枝權(quán)的源點(diǎn)。
通過以上分析可以看出，換熱管開裂是由于
換熱管材料內(nèi)部存在大量夾雜物引起的。
3結(jié)論
(1)換熱管材料符合GBl3296 2007《鍋爐、
熱交換器用不銹鋼無縫鋼管》和NB／T47010—
2010《承壓設(shè)備用不銹鋼和耐熱鋼鍛件》規(guī)定的
0Cr1 8N訂0Ti化學(xué)成分。
(2)開裂由換熱管外表面向內(nèi)表面進(jìn)行，裂紋
分叉， 有二次裂紋。裂紋沿?fù)Q熱管周向開裂，與
軸向方向垂直，并且換熱管在開裂方向上沒有減
薄，屬于脆性斷裂。
(3)開裂是由于換熱管材料內(nèi)部存在大量夾雜
物引起的。
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