管式换热器水程不锈钢管泄露原因分析

王晋华王 瑜

（西安特种设备检验检测院 西安 710065)

管式换热器水程不锈钢管泄露原因分析

王晋华1王 瑜2

（西安特种设备检验检测院 西安 710065)

某厂管式换热器水程的304L不锈钢管运行约14个月后发现有渗水现象。本文通过对该管进行硬度、光谱分析、金相分析、失效分析（包含不锈钢管内水样分析）等试验，对渗水现象的形成和原因进行分析。经分析认为不锈钢C、P、Cr的含量不符合304L相应的化学成分含量要求，且循环水浊度和氯离子含量超标，氯离子在沉积物和管壁缝隙处的进一步聚集，超过金属的耐腐蚀极限，在运行中发生点腐蚀。

不锈钢管 氯离子 点腐蚀

1 概况

某化工厂管式换热器走水程的不锈钢管φ19×1.2mm，材料牌号为304L，运行14个月后发现有渗水现象，严重影响设备表面清洁和工况运行状态。现对该不锈钢管渗水部位取试样进行分析，以找出渗水原因并提出预防措施。

2 试验与结果

不锈钢管渗水处取样切开观察，可见管内壁有较厚的垢样，经脱脂棉擦除垢样，用超声波仪+无水乙醇清洗后观察，管内壁呈红褐色，渗水处呈不规则凹坑状，具体形貌见图1。

2.1 光谱分析（见表1）

表1 光谱分析

检验结果：在不考虑不确定度的情况下，依据ASTMA240/A240M-10b标准，以上检测结果中C、P、Cr的含量不符合304L相应的化学成分含量要求。

2.2 显微硬度分析（见表2）

表2 硬度值

（试样横向金相试样上进行载荷为200g、加载时间12s的显微硬度测试。）

2.3 扫描电镜分析

将试样清洗后在Quanta400扫描电镜下进行变倍观察，渗水处严重腐蚀，呈不规则凹坑，高倍下局部无氧化皮处为点蚀坑，管内壁大部分为大量点状腐蚀及氧化皮，具体形貌见图3；在管内壁进行EDS能谱分析，其主要成分为O、Al、Si、Ca、Cr、Fe，具体结果见图4。

图1 宏观形貌

图2 内壁腐蚀区域形貌

图3 试样内壁扫描电镜

图4 管内壁EDS能谱成分

2.4 金相分析

不锈钢管渗水处分别取横、纵向金相试样，抛光后在金相显微镜下观察，未发现有晶间腐蚀裂纹，纵向非金属夹杂物级别为D0.5，横向组织为奥氏体，见图5。

图5

2.5 水样分析

根据GB/T 14642—2009采用离子色谱法，对水样进行分析，水样中氯离子含量380mg/L。

3 试验结果分析

1）管内壁垢样沉积较严重，内壁红褐色为氧化锈蚀造成，有较多氧化皮、点蚀坑，渗水处经腐蚀呈凹坑状，而横向抛光面上并未发现晶间腐蚀裂纹，因此管内介质造成内壁点腐蚀，应是造成不锈钢管渗水的主要原因。

2）奥氏体不锈钢在含有对应力腐蚀敏感离子(如C1-、OH-等)的溶液中，受应力的部分(如焊缝附近)则可能产生危险的应力腐蚀破裂。尤其是含C1-的溶液，在造成奥氏体不锈钢应力腐蚀破裂的事故中约占70%以上，C1-浓度越大，越容易开裂[1]。水样分析中发现水样中氯离子含量高达380mg/L，虽然不锈钢有耐腐蚀的优点，但是不锈钢在一定的条件下也会发生腐蚀现象，304L不锈钢对环境中氯离子的敏感性非常强烈，环境中氯离子的存在被认为是304L不锈钢发生局部腐蚀的主要原因之一，由于氯离子半径小，穿透钝化膜的能力强，造成了钝化膜的破坏从而产生点蚀现象。研究表明，在常温下，溶液中氯离子含量大于80mg/L时，304L不锈钢就有点蚀发生，而氯离子含量大于200mg/L时，304L不锈钢会出现明显点蚀现象，并随着氯离子含量的增加而加速点蚀。宏观图片可见管内壁存在大量泥沙沉淀物，厂家解释长期使用未经净化过滤处理的黄河水，水浑浊度严重超标，运行中在管壁造成大量沉积物，而附着在管壁的沉积物会和管壁之间形成微小的缝隙，缝隙处氯离子会进一步聚合浓缩，有资料显示缝隙处氯离子会达到上万mg/L，从而快速腐蚀破坏管壁金属。

4 结论及预防措施

1）送检不锈钢管渗水的主要原因是C、P、Cr的含量不符合304L相应的化学成分含量要求，造成不锈钢管耐腐蚀能力降低，在运行中发生了点腐蚀。

2）根据水样分析可见循环水浊度和氯离子含量超标，加之氯离子在沉积物和管壁缝隙处的进一步聚集，超过金属的耐腐蚀极限从而在运行中发生点蚀造成。

3）工程师应当在不降低生产效率的前提下考虑消除有害因素。例如：水中的氯化物可以使用离子交换工艺通过恰当的控制和检测来去除[2]。

4）标准的304/304L和316/316L不锈钢更易发生应力腐蚀断裂。把镍含量增加到18%～20%以上或者使用双相或铁素体不锈钢会提高氯化物应力腐蚀断裂的性能[2]。

[1] 郇蓬，等.化工装置常见的金属应力腐蚀破裂与防护[J].河北化工，2007，30(6)：66-67.

[2] 赵晨旭，编译.化工工业用奥氏体不锈钢的应力腐蚀断裂.不锈应用，2005，4：39-41.

Leakage Analysis of With-water Stainless Steel Pipe of Tube Type Heat Exchanger

Wang Jinhua1Wang Yu2
(1. Xi’an Shaangu Engineering & Technology Co., LTD. Xi'an 710075)
(2. Shaanxi Boiler & Pressure Vessel Inspection Institute Xi'an 710048)

Leakage was found in a with-water 304L stainless steel pipe of pipe type heat exchanger in a plant after about 14 months running. Through hardness test, spectrum analysis, metallographic analysis, failure analysis (including analysis of water sample in stainless steel tube) of this pipe, this paper analysis the formation and causes of water seepage phenomenon. By analyzing the content of C, P, Cr in stainless steel doesn’t comply with the chemical composition of the corresponding 304L requirements, and the water turbidity and chloride ion content exceeds the standard, further accumulation of chloride ion in sediments and the wall crevice, exceed the limit of metal corrosion, point corrosion in operation.

tainless steel pipe Chloride ion Point corrosion

X933.2

B

1673-257X(2015)09-0078-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.09.018

王晋华(1980～),女，硕士，工程师，主要从事化工工艺方面的工作。

2015-03-23）