再沸器不銹鋼波紋管膨脹節(jié)開裂原因分析

何書亮，王 偉

（蕪湖市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)中心，安徽蕪湖 241000）

0 引言

日前在江北某化工廠檢驗(yàn)1臺(tái)再沸器，設(shè)計(jì)壓力2 MPa，設(shè)計(jì)（進(jìn)/出）溫度230/199℃，工作介質(zhì)為蒸汽，材料為Q345R、0Cr18Ni9，其中膨脹節(jié)為0Cr18Ni9，壁厚20 mm。在檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)不銹鋼波紋管膨脹節(jié)表面靠近邊緣處有幾條明顯的裂紋，經(jīng)詢問有關(guān)人員得知，在使用過程中有蒸汽泄漏的現(xiàn)象。

1 故障狀況

宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，裂紋表面有灰白色的沉淀物，最大一條裂紋長約50 mm，基本在一條直線上。綜合判斷，裂紋是穿透性的。對膨脹節(jié)進(jìn)行滲透檢測，證實(shí)裂紋的存在，而且非常深，可以判斷是穿透性的。于是給廠里出具了檢驗(yàn)意見通知書，責(zé)令停止使用，限期整改。

1.1 原因分析

該再沸器使用時(shí)間＜3 a，膨脹節(jié)上穿透性裂紋究竟如何產(chǎn)生，何時(shí)產(chǎn)生的，這讓筆者心生疑問，趁其更換期間，切割兩處帶裂紋的鋼板，帶回單位做進(jìn)一步的研究。

（1）對腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除了含有正常的金屬元素外，還出現(xiàn)了O，Cl，S等腐蝕性介質(zhì)元素。初步懷疑是氯化物應(yīng)力腐蝕開裂，所以對內(nèi)、外部可能產(chǎn)生氯化物的介質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)分析。蒸汽冷凝水取樣化驗(yàn)，并沒有發(fā)現(xiàn)氯離子超標(biāo)，該廠大部分管道都是不銹鋼，所以鍋爐水處理做得很好。筆者調(diào)取該廠鍋爐水質(zhì)化驗(yàn)單，再次證明氯化物的產(chǎn)生并不是來自水蒸汽。

（2）對再沸器使用環(huán)境進(jìn)行分析，其外部整體進(jìn)行保溫，保溫材料巖棉，使用環(huán)境為露天，而出現(xiàn)裂紋的這臺(tái)再沸器，保溫層并不是完全閉合的，所以可能造成雨水的滲入，加之工作溫度高達(dá)200℃，表面滲入的水會(huì)立即烘干，造成有害物質(zhì)的沉積。綜合判斷，氯化物是來自雨水和保溫材料中的。用手持式半定量光譜儀分析結(jié)果，證明材料沒有問題。見表1。

表1 光譜分析結(jié)果

（3）對裂紋處進(jìn)行金相分析。膨脹節(jié)裂紋處的顯微組織見圖1，可見其顯微組織均勻，為正常的奧氏體。另外，還可見清晰明顯的成型流線；主裂紋以穿晶為主，局部呈沿晶形貌，裂紋前沿出現(xiàn)多個(gè)呈樹枝狀的分支裂紋(如圖 2，圖 3)，為典型的應(yīng)力腐蝕開裂形貌。

圖1 金相組織

圖2 穿晶裂紋

圖3 尖端分支裂紋

1.2 產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的條件

（1）應(yīng)力和腐蝕環(huán)境共同作用是產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的兩個(gè)必要條件。外壓式膨脹節(jié)波紋管產(chǎn)品主要起補(bǔ)償器作用，除承受加工制造過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力作用外，工作時(shí)，在內(nèi)壓和熱脹位移作用下，波紋管處于拉伸狀態(tài)，承受較大拉應(yīng)力，具備產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂所需的應(yīng)力條件。

（2）產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的常見介質(zhì)。奧氏體不銹鋼產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的常見介質(zhì)：各種氯化物或含Cl溶液、海水、水蒸氣、氫氧化物、硝酸和硝酸鹽、含F(xiàn)水溶液、硫化氫水溶液、硫酸和亞硝酸鹽等。

綜上所述，這臺(tái)再沸器的波紋管膨脹節(jié)裂紋屬于氯化物應(yīng)力腐蝕開裂。

2 改進(jìn)措施

（1）保溫層要做到全密封，防止雨水滲入。

（2）固溶處理的波紋管膨脹節(jié)，波峰、波谷殘余應(yīng)力最大主應(yīng)力均為壓應(yīng)力；殘余應(yīng)力比未固溶處理波紋管的大大減小。

（3）噴丸強(qiáng)化可提高奧氏體不銹鋼波紋管抗應(yīng)力腐蝕開裂性能，也可延長疲勞壽命。

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