某重沸器不锈钢换热管泄漏的原因.pdf
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1、107comDOI:10.1syfh-202305019May20232023年5月CORROSION&PROTECTIONNo.5Vol.44第44卷第5期腐蚀与防护某重沸器不锈钢换热管泄漏的原因汤鹏杰,梁斌(1.南京金创有色金属科技发展有限公司,南京2 1117 8;2.南京市锅炉压力容器检验研究院,南京2 10 0 19)摘要:某公司污水汽提装置氨精馏塔底的重沸器换热管使用不足2 a即发生穿孔泄漏。通过失效换热管管体宏观形貌观察、化学分析、显微组织观察以及管壁上垢层形貌和成分分析,对换热管穿孔泄漏的原因进行了研究。结果表明:换热管泄漏起源于外壁,溶解在壳程介质氨水中的H,S电离产生HS-
2、,H S-破坏换热管表面氧化膜,引起金属与溶解氧的腐蚀反应;生成的腐蚀产物逐渐沉积形成垢层,进而引发垢下腐蚀;同时,CI-在垢下闭塞区富集浓缩并引发自催化酸化效应,加速了垢下腐蚀,最终导致换热管穿孔泄漏。关键词:S30403不锈钢;换热管;垢下腐蚀;穿孔中图分类号:TG172文献标志码:B文章编号:10 0 5-7 48 X(2 0 2 3)0 5-0 10 7-0 4Reasons for Perforation and Leakage of Stainless Steel Heat Exchange Tubes in a ReboilerTANG Pengjie,LIANG Bin?(1.
3、Nanjing Jinchuang Non-ferrous Metal Technology Development Limited Company,Nanjing 211178,China;2.Nanjing Boiler and Pressure Vessel Inspection Institute,Nanjing 210019,China)Abstract:Some heat exchange tubes in a reboiler at the bottom of ammonia rectification tower in sewage strippingplant of a co
4、mpany were perforated and leaked when used less than 2 a.The reasons for perforation and leakage ofS30403 heat exchange tubes were investigated through macroscopic analysis,chemical analysis,microstructureobservation for the failed tube body,morphology and composition analysis for the scale layer on
5、 the tube surface.Theresults showed that the heat exchange tube leakage originated from outer wall.H,S dissolved in ammonia water onthe shell side was ionized to produce HS-which destroyed the oxide film on the surface of the heat exchange tubes,causing the corrosion reaction between metal and disso
6、lved oxygen.The corrosion products deposited gradually andformed scale layer,leading to under-deposit corrosion.At the same time,enrichment and concentration of Cl insubscale occlusion area caused autocatalytic acidification and accelerated the progress of under-deposit corrosion,resulting in perfor
7、ation and leakage of the heat exchange tubes finnally.Key words:S30403 stainless steel;heat exchange tube;under-deposit corrosion;perforation重沸器属于管壳式换热器的一种,广泛应用于石油化工等领域。其工作原理为壳程沸腾传热。沸腾传热是一种通过汽泡的生成、长大、脱离壁面实现的带有相变的对流传热。某公司污水汽提装置氨精馏塔底的重沸器换热管使用不足2 a即发生泄漏,停工检查发现重沸器管束结垢严重,多处出现穿孔现象。该重沸器壳程介质为氨水(含H,S),进口压力为1
8、.47 3MPa,出口压力为1.6 MPa,进口温度为158,出口温度为17 7.7;管程介质为蒸汽,进收稿日期:2 0 2 1-0 5-2 7通信作者:汤鹏杰(198 9一),工程师,硕士,主要从事承压类设备检验检测与失效分析,1390 5197 454,4916 90 7 93 16 3.口压力为1.0 MPa,出口压力为1.35MPa,进口温度为2 8 0,出口温度为18 4。换热管材料为S30403不锈钢,规格为g25mm2.5mm。为查明泄漏原因,确保重沸器能够长期稳定运行,选取其中一根穿孔的换热管进行失效分析。1理化检验与结果1.1宏观形貌换热管腐蚀严重,表面存在较多的腐蚀凹坑,部
9、分凹坑已连成一片,形成腐蚀凹面。从外壁上脱落的垢层比较致密,呈黑褐色,厚度为34mm,具有脆、硬特征,且具有较强的铁磁性,如图1(a)所示。将管子沿轴线剖开,管内无明显腐蚀迹象,如图1(b)所示。泄漏点位于凹坑底部,周边存在大量108汤鹏杰,等:某重沸器不锈钢换热管泄漏的原因0.5um(a)外壁(b)内壁(c)外壁泄漏点(d)泄漏处截面图1泄漏换热管宏观特征Fig.1 Macroscopic characteristics of leaky heat exchange tube:)outer wall;(b)inner wall;(c)hole in outer wall;(d)section
10、 at leakage positiona未脱落的腐蚀产物,如图1(c)所示。从泄漏部位截面形态可以确定,换热管穿孔泄漏是由外壁腐蚀减薄所致,如图1(d)所示1.2化学成分失效换热管的化学成分见表1。数据显示该换热管材料符合ASMESA213一2 0 17 对S30403不锈钢化学成分的规定表1先失效换热管的化学成分Tab.1Chemical composition of failed heat exchange tube质量分数/%项目CSiMnPSCrNi测试值0.0180.430.930.0310.00118.28.1318.08.00标准值0.0351.002.000.045 0.03
11、020.012.01.3显微组织分别在换热管远离穿孔位置和穿孔位置取样进行金相分析,结果如图2 和图3所示。由图2 可见,远离穿孔位置的显微组织为李晶奥氏体,是S30403不锈钢管件的正常组织。由图3可见,穿孔位置的显微组织也是S30403不锈钢的正常组织即李晶奥氏体,未发现有沿晶碳化物和第二相析出,也无微裂纹、晶粒变形等现象,说明穿孔与显微组织劣化无关。1.4垢层形貌与成分采用扫描电镜(SEM)观察失效换热管垢层的形貌。由图4可见,换热管外表面垢层由细小颗粒状物质聚集而成,呈疏松海绵状,颗粒物之间的孔隙100m图2换热管远离穿孔位置的显微组织Fig.2Microstructure far a
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