螺旋板式換熱器失效原因分析從現有試樣的分析結果和該設備的運行情況看,裂紋起始于螺旋板的冷側,裂紋穿透后熱側介質串入冷側,熱側介質中的硫化氫對腐蝕起了促進作用,裂紋性質符合1Cr18Ni9Ti在含Cl-介質中高溫下(大于50℃)應力腐蝕開裂的特點。
    因此,該螺旋板式換熱器的泄漏失效是典型的Cl-引起的應力腐蝕開裂所致。冷側介質中存在的大量Cl-和Fe3+可以導致1Cr18Ni9Ti發生應力腐蝕開裂,在大于80℃時,介質中大量的Fe3+縮短了不銹鋼在Cl-介質中發生應力腐蝕的誘導期,對開裂起強烈的促進作用[2]。

    這是導致換熱器過早失效的主要原因。螺旋板筒體母材金相組織中呈帶狀聚集分布的TiN對材料的抗蝕性有很大的影響,容易造成材料的開裂。而堵板組織中的馬氏體可以使材料的內應力增加,奧氏體組織的穩定性降低,對應力腐蝕極為敏感。環境、材料和力學因素(靜態拉伸應力)是材料產生應力腐蝕斷裂的3個基本條件,對于Cr2Ni奧氏體不銹鋼來說,能引起應力腐蝕開裂的常見特定介質有氯化物、氫氧化物和連多硫酸等,較典型的就是Cl-引起的應力腐蝕開裂,已有的研究結果證明,對于Cr2Ni不銹鋼,水中所含Cl-的質量濃度在0.2～10mg/L即可導致材料斷裂。此外,氧化性的金屬離子是強烈的致點蝕劑,金屬表面的點蝕坑可造成局部應力集中,點蝕坑內可形成閉塞區,使該處的pH值下降和Cl-富集,提供了有利于應力腐蝕裂紋的成核和擴展的介質———應力條件。H2S和O2的存在,在一定的條件下可促進敏化態的不銹鋼產生應力腐蝕開裂。螺旋板式換熱器的兩端具有縫隙結構,縫隙結構也是導致不銹鋼發生應力腐蝕的重要裂紋源,其影響與點蝕相似。
    此外,pH值和溫度對應力腐蝕斷裂的敏感性也有影響,試驗和實踐證明,對于固溶態和敏化態的1828型不銹鋼,pH值為4時都有一個敏感峰值。在22%的NaCl中,1828型不銹鋼的裂紋擴展速度從室溫的10-10m/s加速到140℃的10-7m/s,隨溫度的升高,1828型不銹鋼的孔蝕數目也增加。對應于該螺旋板式換熱器的實際使用情況,其開裂部位大多位于溫度高于80℃的區域,且溫度越高開裂越嚴重。
    焊縫區通常具有接近屈服點的殘余應力,因此,該換熱器的螺旋板兩端有很大的周向焊接殘余應力。近縫區母材的金相組織劣化使這些部位的抗應力腐蝕能力下降,表現為應力腐蝕裂紋主要是近縫區的橫向裂紋,裂紋向母材和焊縫方向發展,并穿透整個板材。由于螺旋板兩端焊縫的徑向收縮作用,使螺旋板的兩端母材承受了較大的彎曲應力,表現為該處母材多處發生穿透性縱向裂紋。
    綜上所述,該螺旋板式換熱器的焊縫裂紋為應力腐蝕開裂,介質中的Fe3+和H2S等對加速應力腐蝕裂紋的形核和裂紋擴展起了促進作用