不銹鋼換熱器及不銹鋼換熱器的失效分析
    不銹鋼換熱器是一種使用場合較多的壓力容器,特別是在賓館、飯店等公共場所,不銹鋼換熱器作為熱量交換的重要設備,使用更為廣泛。
    由于不銹鋼對氯離子特別敏感,一旦有所接觸,則會發生腐蝕。而換熱器大多使用水或水蒸氣作為熱交換介質,很多單位為了節約成本,使用自來水作為介質,在一定的壓力和氯離子的作用下,很多不銹鋼換熱器都發生了腐蝕。要解決或減少這類事故的發生,首先需要清楚發生這類腐蝕的原因、腐蝕的類型及具體的預防措施。

    1　案例介紹
    筆者在幾年的檢驗工作中,接觸到6臺發生腐蝕的不不銹鋼換熱器。這些腐蝕大多發生在靠近水的一側。在同樣承受內壓和接觸含氯離子的自來水的情況下,隨著水的工作溫度不同,腐蝕形態也不一樣。其中3臺發生應力腐蝕開裂,另外3臺發生嚴重的孔蝕。對發生應力腐蝕的3臺換熱器進行觀察分析,發現外壁上沒有點腐蝕存在;而對另外3臺使用不到4個月就發生嚴重點腐蝕穿孔破壞的換熱器進行宏觀檢查,也未發現表面裂紋,再進行100%表面著色探傷,內壁也未發現裂紋。
    2　原因分析
    按照《壓力容器安全技術監察規程》水壓試驗的要求,在對不銹鋼材料進行壓力試驗時,水中的氯離子含量不應超過25mg/l。因此,在使用過程中,也應限制水中氯離子的含量。由于不銹鋼換熱器不銹鋼對氯離子很敏感,一旦接觸就可能發生腐蝕。在上海,通常原水中的氯離子含量為40～50mg/l,較少時為30～40mg/l,較多時為70～80mg/l,發生海水倒灌時更可達到100mg/l。而我們日常生活中的自來水,為了滅菌,還需要用氯氣進行處理,又額外增加了氯離子的含量。氯離子的增多,使得不銹鋼換熱器發生腐蝕的概率大大增加,也是換熱器殼程發生貫穿性氣孔,引起泄漏失效的介質原因。
    對使用條件進行分析發現:3臺發生點腐蝕穿孔的換熱器為某飯店所用。為了延緩結垢,加熱水出口的溫度控制在55～65℃之間。這3臺換熱器近水側沒有發生應力腐蝕,全面檢驗時內外壁也沒有發現裂紋,但在焊縫區域發生了嚴重的點腐蝕穿孔。不銹鋼換熱器通過審查原始資料,這3臺換熱器采用SUS304材質,采用氬弧焊焊接,由于輸入的線能量較大,在焊后緩慢冷卻的過程中,Cr33C6從固溶體中析出,使晶界發生貧鉻,耐腐蝕性能降低。經過敏化處理的抗腐蝕性能甚至低于普通碳素鋼。
    而對3臺發生應力腐蝕的換熱器進行分析發現,這3臺設備的近水側殼體在90～95℃溫度下產生了應力腐蝕。應力腐蝕裂紋集中出現在近水側殼體頂封頭與筒體的環焊縫上,并大多發源于弧坑處,經熱影響區到封頭母材區域,垂直于環縫。
    3　預防措施
    要提高防腐蝕性能,主要可以從兩個方面入手,一是提高制造質量,二是盡量避免或控制氯離子與殼體的接觸。
    通過對比發現,使用316不銹鋼制造的換熱器,雖然使用環境(水)中的氯離子含量較高,但迄今為止還未在檢驗中發現有腐蝕情況發生。因此,首先應選用耐孔蝕能力較好的不銹鋼作為殼體材料,如316或316L。由于18-8不銹鋼中加入了2%的Mo,其耐腐蝕能力大大增加了。焊接時盡量采用氬弧焊而不是電弧焊進行焊接。不銹鋼換熱器在保證焊縫熔合質量的基礎上,應嚴格控制焊接工藝參數,采取小線能量、多道焊的方法,避免焊縫產生局部過熱。
    要控制氯離子與殼體的接觸,主要采用隔離的方法。目前我國主要采用非金屬防腐蝕涂料進行隔離。在壓力容器中常用的有生漆、環氧樹脂漆等,由于這些非金屬材料附著力強,漆膜堅韌、耐磨、耐溫,而且成本低廉,因此不僅使用方便,而且可以大大提高不銹鋼換熱器的使用性能。
    4　結論
    (1)不銹鋼換熱器在不同的使用條件下會發生應力腐蝕和點腐蝕。
    (2)通過控制制造材料和工藝參數,提高制造質量,并對容器進行隔離處理,就可以避免或減少腐蝕的發生。