某石化公司腈綸廠使用的板式換熱器,板片采用316不鏽鋼,厚度為0 5ｍｍ,其一側物料為濃度15%的ＮａＳＣＮ,進口溫度5 5℃,出口溫度-2 5℃;另一側為冷凍水(乙二醇為7%,甲醇為24%,其餘為工業水),進口溫度-9℃,出口溫度2℃ 。使用兩年多以後,板片發生腐蝕穿孔而失效 。為查明原因特進行取樣分析 。

2　宏觀檢查

     從宏觀上觀察,發生腐蝕失效的不鏽鋼板片,其硫氰酸鈉一側表麵光亮,基本無腐蝕產物覆蓋,但是這一側的腐蝕孔數量較多(見圖1);而冷凍水一側表麵有少量黑色垢狀物,相對來說腐蝕孔數量較少,且腐蝕坑中有黑色沉積物(見圖2) 。

     在該板片上發現一處腐蝕穿孔點,硫氰酸鈉一側的腐蝕孔較大(見圖3),冷凍水一側的腐蝕孔較小(見圖4) 。據此可以初步判斷,腐蝕穿孔是由板片的硫氰酸鈉一側開始發展,直至腐蝕穿孔 。

     所有宏觀上觀察到的腐蝕坑基本上都發生在不鏽鋼板片人字紋的凸麵上,凹麵上未發現有腐蝕坑存在 。而人字紋的凸麵處為板片間的交叉觸點,存在縫隙腐蝕的可能 。 

3　化學成分分析

     不鏽鋼板片的化學成分見表1,符合標準中對ＳＵＳ316不鏽鋼的要求 。

4　金相組織分析

     為了解該板片金相組織是否存在異常,以及腐蝕凹坑處是否存在微裂紋,在不鏽鋼板片冷凍水側和硫氰酸鈉側各選取一個點腐蝕凹坑進行截麵金相組織檢查 。冷凍水側金相組織見圖5硫氰酸鈉側金相組織見圖6 。

     板片金相組織正常,為典型的奧氏體組織,板片兩側的腐蝕凹坑底部均未發現有微裂紋存在 。

5　腐蝕坑表麵的微觀形貌分析

5.1　硫氰酸鈉側腐蝕坑表麵微觀形貌分析

     硫氰酸鈉側腐蝕坑表麵在掃描電鏡中的微觀形貌見圖7,其中圖7(ａ)是全貌 。雖然這一側的腐蝕坑從宏觀上看表麵光亮,幾乎看不到有腐蝕產物存在,但是在掃描電鏡中可以看到腐蝕坑表麵有大量腐蝕產物覆蓋,見圖7(ｂ) 。從圖7(ｃ)中可以看到,硫氰酸鈉側點腐蝕坑的表麵呈現冰糖狀沿晶的特征,但在金相組織檢查時並未發現有晶間腐蝕存在 。在圖7(ｃ)中選取一腐蝕產物在掃描電鏡中進行能譜分析,腐蝕產物中分別含有0 73(Ｗｔ%)Ｎａ和1 33(Ｗｔ%)的Ｓ,說明硫氰酸鈉側的腐蝕是由介質中的硫氰酸鈉造成的 。

5.2　冷凍水側腐蝕坑表麵微觀形貌分析

     冷凍水側腐蝕坑表麵在掃描電鏡中的微觀形貌見圖8,其中圖8(ａ)是全貌 。這一側的腐蝕坑有大量腐蝕產物覆蓋,見圖8(ｂ) 。

　　在圖8(ｂ)中選取腐蝕產物在掃描電鏡中進行能譜分析 。腐蝕產物中含有0.94(Ｗｔ%)的Ｓ和0.57(Ｗｔ%)的Ｃｌ,說明冷凍水一側的腐蝕主要是由冷凍水中所含的Ｃｌ-造成的,而Ｓ可能是板片穿孔後由硫氰酸鈉一側泄漏帶入的 。

6　板式換熱器介質取樣分析

    本次對板式換熱器硫氰酸鈉側和冷凍水側溶液分別進行了現場取樣,分析介質中的Ｃｌ-含量和ｐＨ值 。介質中的Ｃｌ-含量采用Ｄｉｎｅｘ600高效離子色譜儀分析,冷凍水中的Ｃｌ-含量高達781ｐｐｍ,硫氰酸鈉側溶液中的Ｃｌ-含量也有23ｐｐｍ 。冷凍水的ｐＨ值為8.90,呈弱堿性;硫氰酸鈉側溶液的ｐＨ值為4.96,呈酸性 。硫氰酸鈉溶液和冷凍水中均含有Ｃｌ-離子,且冷凍水中Ｃｌ-離子含量高達781ｐｐｍ,因此在介質中所含Ｃｌ-離子的作用下在板片觸點處造成了縫隙腐蝕 。

7　失效原因綜合分析

     板式換熱器是由眾多板片交替排列 、夾緊組合而成,相鄰板片波紋頂端相互交叉形成大量觸點 。在交叉觸點上將存在縫隙,縫隙內介質流動不暢,使縫隙內外存在氧的濃度差,從而引起縫隙腐蝕,導致縫隙內某些區域優先發生腐蝕溶解,這是其均在觸點處發生腐蝕坑的主要原因 。此外,板片是經衝壓成型的,一般來說,冷加工對點蝕電位的影響不大,但冷加工通常使點蝕密度增加,這是因為冷加工增加位錯密度,而位錯在表麵露頭處容易生成點蝕坑 。板片在進行組裝時,人字紋凸麵接觸點的地方容易受擠壓而使其表麵氧化膜受到破壞,點蝕坑容易在該部位萌生 。而板片上人字紋的凸麵正是冷加工變形最大的部位,而此部位又存在縫隙腐蝕,因此點蝕坑主要就發生在冷加工變形的凸麵部位 。因此該板式換熱器板片的腐蝕失效是由Ｃｌ-引起的板片觸點處的縫隙腐蝕所致 。

8　結論

    板式換熱器不鏽鋼板片的腐蝕失效是介質中Ｃｌ-引起的板片觸點處的縫隙腐蝕所致 。建議:(1)降低介質中Ｃｌ-離子含量 。腈綸生產中Ｃｌ-來源於兩個方麵:一是原料帶入;二是脫鹽水帶入 。為了減少或避免316不鏽鋼的腐蝕源,應把好原料關,嚴格控製丙烯磺酸鈉ＮａＣｌ含量,並嚴格進出水Ｃｌ-指標 。(2)確保設備鈍化膜完好 。鈍化膜的缺陷是導致腐蝕的內因,此缺陷來源於不鏽鋼板片在冷加工衝壓過程中可能造成的局部殘餘應力 、鈍化膜破壞,以及加工及安裝過程中粘附的髒物和施工標誌焊渣 、磕碰損壞處,因此應確保正確安裝,保證板片鈍化膜的完好 。

    此外,板片組裝後形成了多縫隙結構,如板片之間的觸點 、密封槽底等部位 。而縫隙容易造成Ｃ1-的富集,當板片表麵的汙垢嚴重時,介質中的腐蝕元素(Ｃｌ 、Ｓ等)大量附著於汙垢,並在垢底縫隙處富集,容易造成觸點處的縫隙腐蝕 。

    為此,正確選用材料,正確組裝,定期清垢以破壞腐蝕的生成條件和孕育期,降低介質中氯離子等有害離子的含量,都可有效防止板片觸點處的縫隙腐蝕 。鈦是耐點蝕和耐縫隙腐蝕最好的結構材料,在無法解決問題時可考慮使用鈦 。