石化、火電工業(yè)用換熱管的腐蝕失效分析及其性能評(píng)價(jià).pdf

1、換熱器是石化、火電、核電等工業(yè)領(lǐng)域中用量很大的重要設(shè)備之一，換熱管則是換熱器實(shí)現(xiàn)熱量交換與傳遞的核心部件。然而，由于工藝介質(zhì)的可變性和操作工況的復(fù)雜性，例如復(fù)合腐蝕、腐蝕與結(jié)垢、腐蝕與磨損、腐蝕與沖蝕，以及高溫與高壓等的交互作用，換熱管常會(huì)發(fā)生過(guò)早失效的現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備整體壽命縮短，經(jīng)濟(jì)損失很大，甚至還引發(fā)嚴(yán)重的安全事故?；诖?，為確保相關(guān)換熱器的運(yùn)行安全、防止同類事故的再發(fā)生，本文從兩個(gè)方面展開了一系列的分析和研究：一是結(jié)合幾個(gè)典型的失

2、效案例，對(duì)石化裝置中重要換熱管所發(fā)生的過(guò)早失效現(xiàn)象開展深入的分析，研究相關(guān)的失效機(jī)制，提出針對(duì)性的預(yù)防措施，從而為避免相似工況下在役換熱器的過(guò)早失效起到借鑒作用；二是針對(duì)新一代超超臨界及超臨界火電機(jī)組中用于過(guò)熱器、再熱器等換熱管的新型耐熱鋼材料，特別是最容易產(chǎn)生失效的焊接接頭部位，進(jìn)行了系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)和分析，從而為在建機(jī)組及其換熱器的安全可靠性提供實(shí)用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本論文已開展的研究?jī)?nèi)容及其成果概述如下：
　　 1.PTA裝置干燥

3、機(jī)換熱管的失效分析
　　 某PTA裝置中用于提純的兩臺(tái)干燥機(jī)，使用不久就發(fā)現(xiàn)其不銹鋼換熱列管頻繁受到局部腐蝕的影響，部分管子甚至還同時(shí)發(fā)生管壁減薄加速、以至爆管開裂等過(guò)早失效現(xiàn)象。為此，特從列管材質(zhì)、工藝介質(zhì)、操作工況以及維護(hù)管理等四個(gè)方面，對(duì)造成以上多種失效行為的主要因素進(jìn)行了全面分析與界定。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，明確了在設(shè)備維護(hù)時(shí)因堿洗操作不當(dāng)引入的超標(biāo)氯離子是造成這一系列嚴(yán)重局部腐蝕的根本原因，并深入探討了相關(guān)的腐蝕失效機(jī)理。最后

4、，針對(duì)各不同失效起因，提出了相應(yīng)的、行之有效的解決方案和預(yù)防措施。通過(guò)此案例分析，掌握了相似工況下在役換熱管可能引起失效的潛在因素及其對(duì)應(yīng)的失效預(yù)防方法，對(duì)確保換熱器整體的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。
　　 2.乙烯裝置急冷油/稀釋蒸汽換熱器管的失效分析
　　 某石化公司乙烯生產(chǎn)裝置中，提供高溫急冷油與低溫工藝水進(jìn)行熱交換以產(chǎn)生稀釋蒸汽供熱的換熱器，運(yùn)行僅數(shù)月就發(fā)現(xiàn)大量碳鋼換熱管表面出現(xiàn)局部腐蝕凹坑，甚至穿孔破裂

5、等失效缺陷。為迅速判明這一過(guò)早失效的真正起因，采用包括三維體式顯微鏡、SEM、EDS、離子色譜儀、ICP-AES、pH值監(jiān)測(cè)儀等多種先進(jìn)的表征測(cè)試儀器，重點(diǎn)對(duì)缺陷的宏微觀形貌以及工藝介質(zhì)的化學(xué)特性進(jìn)行了全面的觀察與檢測(cè)分析。結(jié)果表明，設(shè)備日常操作時(shí)因不恰當(dāng)?shù)耐读闲袨橐鸬墓に囁畃H值劇烈波動(dòng)，進(jìn)而使得換熱管頻繁受到點(diǎn)蝕、酸腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂等失效機(jī)制的交互作用，是導(dǎo)致?lián)Q熱管表面產(chǎn)生局部腐蝕缺陷的根本原因。最后，為清晰闡述這一在復(fù)雜運(yùn)行工

6、況下，由各不同腐蝕原理間的復(fù)合效應(yīng)形成的失效機(jī)制，特創(chuàng)新地提出了酸/堿交替腐蝕機(jī)理，并明確了其失效缺陷形貌、特征尺寸、以及失效機(jī)制間一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。
　　 3.高壓聚乙烯裝置循環(huán)氣體冷卻器換熱管的失效分析
　　 某高壓聚乙烯裝置中，為提高乙烯利用率，采用常溫工藝水冷卻、分離熔融狀的乙烯低聚物及其單體。然而由于該循環(huán)冷卻水系統(tǒng)為敞開式結(jié)構(gòu)，使得水中含有大量從環(huán)境中引入的雜質(zhì)元素，造成水質(zhì)嚴(yán)重不合格，并由此對(duì)循環(huán)氣體冷卻器的

7、正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，位于殼程的冷卻水已使該夾套式換熱器的碳鋼內(nèi)管受到了明顯的腐蝕作用，管壁厚度也因此顯著減薄，甚至在出口三通處發(fā)生了爆管破裂現(xiàn)象。在基本明確了這一由冷卻水水質(zhì)問題引起的失效原因基礎(chǔ)上，深入探討了相關(guān)的吸氧腐蝕、縫隙腐蝕、高速水流沖刷磨損等失效原理，及其對(duì)換熱管造成的動(dòng)態(tài)復(fù)合損傷機(jī)制。該成果對(duì)于在常見的腐蝕與磨損復(fù)合環(huán)境下服役的換熱鋼管進(jìn)行失效機(jī)理研究，具有重要的理論參考價(jià)值。
　　 4.T91同種鋼

8、焊接接頭性能研究
　　 對(duì)某國(guó)產(chǎn)T91鐵素體耐熱鋼焊接接頭展開了全面的常、高溫性能評(píng)價(jià)以及微觀結(jié)構(gòu)分析，論證了其整體性能完全符合超臨界火電機(jī)組與核電機(jī)組的服役要求。該研究成果對(duì)推廣國(guó)產(chǎn)T91鋼具有重要的實(shí)際意義與經(jīng)濟(jì)價(jià)值，也為研究與其成分和組織結(jié)構(gòu)相近的T92鋼的同、異種鋼焊接接頭作了試驗(yàn)基礎(chǔ)準(zhǔn)備。
　　 5.T92/HR3C異種鋼焊接接頭結(jié)構(gòu)與性能研究
　　 對(duì)主要面向于超超臨界火電機(jī)組的新型鐵素體耐熱鋼T92