任大為

(天脊煤化工集團(tuán)股份有限公司，山西 潞城 047507)

引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展，化工生產(chǎn)越來越趨向于機(jī)械化和自動(dòng)化。在化工生產(chǎn)中熱量的產(chǎn)生必不可少，而熱量交換是生產(chǎn)過程中必須要經(jīng)歷的生產(chǎn)工序，化工裝置的換熱器是進(jìn)行熱量交換的主要裝置。因此，在化工生產(chǎn)中化工裝置換熱器是化工生產(chǎn)中重要的部件，對(duì)于化工生產(chǎn)的順利進(jìn)行起到至關(guān)重要的作用。然而，化工裝置換熱器的介質(zhì)多種多樣其相對(duì)復(fù)雜，在長期使用的過程中會(huì)不可避免的發(fā)生腐蝕等問題，使得化工生產(chǎn)不能順利開展。因此，化工裝置換熱器及管線應(yīng)力腐蝕開裂問題的形成原因及防治對(duì)于化工生產(chǎn)的順利進(jìn)行是非常重要的。

1 化工裝置換熱器及管線應(yīng)力腐蝕開裂的原理

換熱器在化工生產(chǎn)過程中是用來完成傳熱的裝置設(shè)備，應(yīng)力腐蝕開裂的發(fā)生是在應(yīng)力和腐蝕的共

同作用下引起的材料部件的開裂。其中應(yīng)力腐蝕的開裂發(fā)生同時(shí)需要應(yīng)力和腐蝕兩方面的作用，并且發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂中的應(yīng)力是很小的、腐蝕作用也是很微弱的，因此在化工生產(chǎn)中裝置設(shè)備的維護(hù)過程中經(jīng)常被忽略。由于化工生產(chǎn)中經(jīng)常要用到強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及其他腐蝕性的化學(xué)物質(zhì)，使得化工裝置的材料經(jīng)常處于被腐蝕的環(huán)境中。裝置的材料同時(shí)在拉伸應(yīng)力的作用下，會(huì)發(fā)生裝置材料部件的應(yīng)力腐蝕開裂，使得裝置無法正常工作，從而使得化工生產(chǎn)不能順利進(jìn)行[1]。

2 化工裝置換熱器及管線應(yīng)力腐蝕開裂的原因分析

對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂的化工裝置換熱器及管線進(jìn)行取樣，采用X射線熒光光譜儀及紅外碳硫分析儀對(duì)其成分進(jìn)行分析，同時(shí)采用電子顯微鏡對(duì)開裂材料進(jìn)行微觀的結(jié)構(gòu)觀察，并選擇腐蝕的材料對(duì)其腐蝕的產(chǎn)物進(jìn)行成分的分析，成分檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

通常情況下，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的材料與環(huán)境介質(zhì)如第151頁表2所示。從表2可知，大多數(shù)的材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕都有氯離子(Cl-)的存在，而化工裝置換熱器及管線的材質(zhì)中常含有氯離子(Cl-)。通過分析發(fā)現(xiàn)由于氯離子(Cl-)在酸堿值pH小于7的條件下會(huì)呈現(xiàn)出鹽酸(HCl)的強(qiáng)酸性，當(dāng)氯離子(Cl-)溶于水后就可以在化工裝置的換熱器及管線的璧上聚集，可以為應(yīng)力腐蝕提供腐蝕的環(huán)境，在較小拉伸應(yīng)力的作用下，可以發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。與此同時(shí)，由于氯離子(Cl-)的半徑很小，其穿透力非常強(qiáng)，易于穿透材料的保護(hù)膜進(jìn)入開裂的部位，從而增加腐蝕開裂部位的氯離子(Cl-)濃度而使其應(yīng)力腐蝕開裂的速率更快[2]。

表1 換熱器管材的成分分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，/%)

表2 產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的材料—環(huán)境介質(zhì)組合

3 化工裝置換熱器及管線應(yīng)力腐蝕開裂的防治措施

由于化工裝置換熱器及管線的應(yīng)力腐蝕開裂對(duì)化工生產(chǎn)的順利開展易對(duì)造成極大影響。因此，采取有效的防治措施來預(yù)防和治理化工裝置換熱器及管線的應(yīng)力腐蝕開裂問題是非常重要的。通過上述的化工裝置換熱器及管線的應(yīng)力腐蝕開裂的形成原因的分析，可知裝置材料中的氯離子(Cl-)的存在是換熱器及管線應(yīng)力腐蝕開裂的主要原因，因此通過對(duì)化工裝置換熱器及管線的腐蝕層進(jìn)行性能的改良、加強(qiáng)換熱器制造工藝的控制和換熱器的清潔力度、實(shí)施管道內(nèi)壁的在線監(jiān)測(cè)及熱傳導(dǎo)介質(zhì)侵蝕性的有效控制等措施來進(jìn)行化工裝置換熱器及管線應(yīng)力腐蝕開裂的有效防治[3]。

3.1 腐蝕層性能的改良

在選擇化工裝置換熱器及管線腐蝕層材料時(shí)，要充分考慮到材料對(duì)應(yīng)力腐蝕的抗性，盡量選擇抗應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)良的腐蝕層材料，同時(shí)對(duì)化工裝置換熱器及管線起到良好的保護(hù)作用。例如，選擇易于組織形成裂紋的材料，可以有效防止電解質(zhì)溶液與管壁表面大面積的接觸，在建立防腐層時(shí)通過改變管壁表面的實(shí)際狀態(tài)來有效降低管壁的應(yīng)力，以阻止管壁材料發(fā)生應(yīng)力腐蝕。因此，通過改良化工裝置換熱器及管線管道的腐蝕層材料的性能來有效防止管道材料應(yīng)力腐蝕開裂的發(fā)生。

3.2 換熱器制造工藝的控制

在化工裝置換熱器的制造工藝過程中，應(yīng)該選用強(qiáng)度焊接工藝而避免采用脹接工藝來制造換熱管和管板，由于脹接工藝容易引起管道材料應(yīng)力腐蝕的發(fā)生，而強(qiáng)度焊接工藝可以有效避免應(yīng)力腐蝕的發(fā)生。對(duì)于必須要采用脹接工藝制造的熱換器，可以采用一端強(qiáng)度焊接、脹接的順序進(jìn)行，而另一端采用脹接、強(qiáng)度焊接的順序進(jìn)行，從而避免換熱器材料的應(yīng)力腐蝕。此外，對(duì)于化工裝置換熱管的安裝長度也要進(jìn)行控制，盡量預(yù)留出一定長度的收縮量來避免換熱管材料應(yīng)力腐蝕開裂的發(fā)生[4]。

3.3 換熱器的清潔力度

在化工生產(chǎn)中裝置換熱器及管線長期處于工作狀態(tài)，其換熱器管道內(nèi)將會(huì)沉積很多污垢，又由于化工生產(chǎn)常會(huì)用到強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及其他強(qiáng)腐蝕性的化學(xué)物質(zhì)，因此管道中沉積的污垢可能會(huì)對(duì)管道產(chǎn)生一定的腐蝕性。與此同時(shí)，化工裝置的換熱器管道通常會(huì)用到金屬材料，金屬表面長期接觸大量的化學(xué)物質(zhì)，將易于發(fā)生表面腐蝕，這些因素都會(huì)對(duì)換熱器及管線的應(yīng)力腐蝕開裂產(chǎn)生一定的影響。因此，加強(qiáng)化工裝置換熱器的清潔力度，將換熱器管道的污垢進(jìn)行及時(shí)有效清理，將會(huì)對(duì)管道材料的腐蝕起到一定的抑制作用，進(jìn)而防止換熱器管道材料的應(yīng)力腐蝕開裂的發(fā)生，最終實(shí)現(xiàn)保護(hù)換熱器管道的目的[5]。

3.4 管道內(nèi)壁實(shí)時(shí)在線檢測(cè)技術(shù)的研究開發(fā)

在化工裝置換熱器及管線的檢測(cè)維修中，一般采用的是傳統(tǒng)的管道檢測(cè)技術(shù)，只能在換熱器管道外壁發(fā)生腐蝕時(shí)才能進(jìn)行檢測(cè)，而對(duì)管道內(nèi)壁材料的腐蝕狀態(tài)不能進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測(cè)，不能對(duì)化工裝置換熱器及管線進(jìn)行及時(shí)的維護(hù)。通過研究開發(fā)換熱器管道的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)技術(shù)，不僅可以對(duì)換熱器管道的外壁進(jìn)行檢測(cè)，還可以對(duì)換熱器管道的內(nèi)壁進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線檢測(cè)，及時(shí)掌握換熱器管道內(nèi)壁的腐蝕情況，從而進(jìn)行及時(shí)維護(hù)、清理或更換，以保證化工生產(chǎn)的順利進(jìn)行。因此，通過研究和開發(fā)化工裝置換熱器及管線的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)技術(shù)，可以對(duì)化工裝置換熱器及管線的應(yīng)力腐蝕開裂問題進(jìn)行有效預(yù)防和控制，保證化工裝置換熱器能夠順利高效的工作。

3.5 熱傳導(dǎo)介質(zhì)侵蝕性的有效控制

在化工裝置換熱器工作的過程中，熱傳導(dǎo)介質(zhì)是換熱器工作的重要組成部分，熱傳導(dǎo)介質(zhì)的腐蝕將會(huì)對(duì)換熱器的熱傳導(dǎo)產(chǎn)生極大的影響。介質(zhì)對(duì)不同的化工裝置換熱器管道的腐蝕會(huì)有不同的影響，如不銹鋼材質(zhì)的化工裝置只有在偏中性的氯化物溶液易于發(fā)生應(yīng)力腐蝕，當(dāng)介質(zhì)中的氧含量比較低時(shí)，就不易發(fā)生應(yīng)力腐蝕，可以通過去除介質(zhì)中的溶解氧量來避免換熱器管道材料應(yīng)力腐蝕問題的發(fā)生。與此同時(shí)，由于氯離子(Cl-)是發(fā)生換熱器管道應(yīng)力腐蝕的主要因素，還可以通過減少介質(zhì)中氯離子(Cl-)的含量來避免管道應(yīng)力腐蝕的發(fā)生。因此，通過控制介質(zhì)的侵蝕性，如去除介質(zhì)中溶解氧量或減少介質(zhì)中氯離子(Cl-)的含量來實(shí)現(xiàn)化工裝置換熱器及管線應(yīng)力腐蝕開裂的有效防治。

4 結(jié)語

隨著化工生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和化工生產(chǎn)自動(dòng)化的不斷深入，化工裝置換熱器作為化工生產(chǎn)熱交換工序的主要儀器設(shè)備，其管道材料的應(yīng)力腐蝕開裂問題的研究與防治時(shí)非常重要的。通過分析化工裝置換熱器及管線發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的主要成因來對(duì)換熱器管道材料的應(yīng)力腐蝕開裂進(jìn)行有效的防治，以保證化工裝置換熱器的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)的順利進(jìn)行。