淺析能譜分析法在塔頂冷凝器換熱管裂紋分析上的應(yīng)用

金志新

（大慶石油化工機(jī)械廠，黑龍江 大慶 163021）

1 冷凝器概況

E-102冷凝器為U型管式換熱器，規(guī)格ф900×8×4611mm，殼體材質(zhì)為Q235B，換熱管材質(zhì)為TP304。運(yùn)行參數(shù)：操作壓力：殼程-0.084MPa，管程 0.454MPa；操作溫度：殼程入口113℃，出口60℃；管程入口32℃，出口38℃；介質(zhì)：殼程碳十芳烴，管程循環(huán)水（表1）。

表1 換熱管材料化學(xué)組成(wt%)

2 試件

來(lái)樣為冷凝器U型管彎管部分的4個(gè)管段，長(zhǎng)度分別為 300mm（1#）、220mm（2#）、250mm（3#）、225mm（4#）。

3 能譜分析

對(duì)圖裂紋斷口表面附著物（腐蝕產(chǎn)物）組成進(jìn)行能譜分析。試樣裂紋斷口附著物能譜分析結(jié)果列于表2、表3，具體譜圖位置見(jiàn)圖1、2?？偣矊?duì)4個(gè)試樣11處裂紋斷口所做的能譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，除1處為換熱管基體成分外，其余11組數(shù)據(jù)中：含有Cl元素的，最高值為2.54wt%、2.55wt%；含有S元素的，最高值為2.71wt%；含有P元素的，最高值為0.75%；含有O元素的，含量10.21～35.46wt%。

4 裂紋性質(zhì)及成因討論

4.1 E-102冷凝器換熱管損傷的嚴(yán)重性

總長(zhǎng)不到1米長(zhǎng)的4根管段中，宏觀與探傷檢測(cè)，查出30余處宏觀裂紋（大多已穿透壁厚，2處嚴(yán)重泄漏）和30余處蝕坑（有的已接近穿透壁厚）；金相和電鏡觀察，在一塊金相試樣上發(fā)現(xiàn)至少6處獨(dú)立啟裂與擴(kuò)展的裂紋，試樣內(nèi)壁表面普遍有一薄層網(wǎng)狀裂紋，裂紋斷口中充滿二次開裂。

4.2 裂紋性質(zhì)

在冷凝器換熱管查出的2類裂紋，即內(nèi)壁表面非常淺（150μm）、范圍較大的網(wǎng)狀裂紋和導(dǎo)致?lián)Q熱管泄漏失效的裂紋，從形態(tài)、特征、形成時(shí)期、形成機(jī)制、危害程度看，是2類完全不同的裂紋。

表2 試樣裂紋斷口附著物能譜分析結(jié)果1

表3 試樣裂紋斷口附著物能譜分析結(jié)果2

圖1 裂紋2試樣（原始態(tài)）譜圖位置

圖2 裂紋2試樣（乙醇清洗態(tài)）譜圖位置

淺表網(wǎng)狀裂紋周圍有滲碳跡象，因晶間碳化物集聚，導(dǎo)致沿晶氧化腐蝕，從而形成較大面積淺表網(wǎng)狀裂紋，在目前冷凝器的運(yùn)行條件下?lián)Q熱管內(nèi)壁不太可能產(chǎn)生這一過(guò)程。而且，它不是導(dǎo)致?lián)Q熱管泄漏失效的直接原因或主導(dǎo)因素。沒(méi)有它存在，在現(xiàn)行條件下運(yùn)行，換熱管依然會(huì)發(fā)生開裂、泄漏、失效問(wèn)題。

根據(jù)上述試驗(yàn)分析，特別是從形態(tài)看，檢查出的所有裂紋和蝕坑均起源于換熱管內(nèi)壁；裂紋多源；裂紋多分支，每一處裂紋均似樹根狀，有許多枝杈；裂紋間隙中充滿腐蝕產(chǎn)物，一些裂紋從蝕坑底部萌生，顯示開裂與腐蝕有關(guān)；裂紋分布于U型管受拉伸變形的一側(cè)，U型管外沿（拉伸變形最嚴(yán)重）處均可能成為裂源，裂紋均為環(huán)向的，與變形引發(fā)的最大拉應(yīng)力垂直，顯示開裂與變形和應(yīng)力有關(guān)；裂紋主體為穿晶開裂；裂紋屬脆性開裂，為擴(kuò)展中的動(dòng)態(tài)裂紋；裂紋間隙腐蝕產(chǎn)物中含有較多Cl、S、O等，Cl-離子含量高達(dá)2.55wt%，S含量高達(dá)2.17wt%。O含量均很高；換熱管運(yùn)行溫度32～38℃；換熱管材質(zhì)為18-8型奧氏體不銹鋼。

5 結(jié)語(yǔ)

從上述特征看，導(dǎo)致冷凝器換熱管泄漏失效的裂紋應(yīng)屬應(yīng)力腐蝕裂紋。鑒于裂紋間隙腐蝕產(chǎn)物中含較多Cl-離子，裂紋基本為穿晶機(jī)制，故Cl-離子對(duì)誘發(fā)開裂起主導(dǎo)作用，應(yīng)屬主要由Cl-離子誘發(fā)的陽(yáng)極溶解型應(yīng)力腐蝕裂紋。