寶鈦集團(tuán)寶雞歐亞化工設(shè)備制造廠，陜西　寶雞　721014

摘要:2015年對(duì)某鹽礦60萬(wàn)t/年真空制鹽項(xiàng)目生產(chǎn)線停車(chē)檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一臺(tái)預(yù)熱器發(fā)生腐蝕。通過(guò)對(duì)設(shè)備腐蝕情況的分析探討，對(duì)預(yù)熱器進(jìn)行了維修。近期再次檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)2015年返修設(shè)備依舊能正常使用，這說(shuō)明當(dāng)初對(duì)設(shè)備腐蝕機(jī)理的分析是正確的，所制定的返修方案是可行的。對(duì)于制鹽行業(yè)換熱器類(lèi)設(shè)備，殼程介質(zhì)為蒸汽時(shí)，同一條生產(chǎn)線上的換熱器管板設(shè)計(jì)選材建議采用S31603+TA10復(fù)合板或TA10管板；管程工作介質(zhì)為鹵水且殼程為熱蒸汽時(shí)，同一條生產(chǎn)線上的換熱器管箱材質(zhì)建議采用TA10；制造過(guò)程或返修更換換熱管時(shí)推薦采用先脹后焊的工藝；管箱管板連接用非金屬墊推薦采用填充改性聚四氟乙烯（RPTFE）墊片，金屬墊片推薦采用纏繞墊、齒型墊或金屬環(huán)形墊。如果管板基層沒(méi)有腐蝕至發(fā)生泄漏，換熱管角焊縫泄漏點(diǎn)少，不影響換熱效率時(shí)，可以考慮采用在原管板端面新增建一個(gè)新的耐腐蝕密封面，繞開(kāi)原來(lái)發(fā)生腐蝕的密封面，既可以延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，又可以降低設(shè)備檢修成本和檢修時(shí)間。

2015年某鹽礦60萬(wàn)t/年真空制鹽項(xiàng)目生產(chǎn)線在停車(chē)檢修過(guò)程中對(duì)發(fā)生腐蝕的預(yù)熱器情況進(jìn)行分析探討并進(jìn)行維修。近期再次檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)2015年返修設(shè)備可以正常使用，這說(shuō)明對(duì)設(shè)備腐蝕機(jī)理的分析是正確的，制定的返修方案是可行的，對(duì)同類(lèi)設(shè)備的設(shè)計(jì)制造與維護(hù)檢修具有重要的借鑒意義。

1. 設(shè)備情況分析

真空制鹽母液回收工藝中預(yù)熱器參數(shù)、零部件材質(zhì)及規(guī)格見(jiàn)表1和表2[1]。

表 1預(yù)熱器主要設(shè)計(jì)參數(shù)

下載:導(dǎo)出CSV

|顯示表格

表 2預(yù)熱器主要零部件材質(zhì)及規(guī)格

下載:導(dǎo)出CSV

|顯示表格

管板Q345R材料化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)值要求，見(jiàn)表3[2-3]。

表 330 mm厚管板Q345R化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

下載:導(dǎo)出CSV

|顯示表格

管板Q345R材料力學(xué)性能符合標(biāo)準(zhǔn)值要求，見(jiàn)表4[2-3]。

表 430 mm厚管板Q345R力學(xué)性能

下載:導(dǎo)出CSV

|顯示表格

2. 腐蝕原因分析與討論

縫隙存在于金屬與金屬、金屬與非金屬的結(jié)合處，既有寬到液體能夠流入，又有窄到能夠維持液體流入后靜滯的區(qū)域，可以在很多介質(zhì)中作為腐蝕發(fā)生的場(chǎng)所，其中以氯化物溶液最甚[4]。

2.1 工藝分析

熱電廠0.6 MPa蒸汽經(jīng)各支管進(jìn)入首效加熱室，料液沸騰后產(chǎn)生的二次蒸汽分別作下一效的加熱蒸汽。

結(jié)合表1和表5數(shù)據(jù)可知設(shè)備運(yùn)行時(shí)殼程、管程內(nèi)部溫度在100 ℃以上。

表 5常用的飽和蒸汽壓力、溫度對(duì)應(yīng)值

下載:導(dǎo)出CSV

|顯示表格

2.2 管程分析

預(yù)熱器管程主要工作介質(zhì)鹵水中Cl−含量較高，設(shè)備管程工作溫度高。檢修現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備如圖1所示。從圖1（a）可以看出，預(yù)熱器上管板與管箱焊環(huán)接觸部位周圈腐蝕，其中部分位置已見(jiàn)鋼，預(yù)熱器下管板密封面未發(fā)生腐蝕（圖1（b）），同時(shí)預(yù)熱器上管板管板、隔板槽位置嚴(yán)重腐蝕，如圖1（c）和圖1（d）所示。上管板腐蝕嚴(yán)重，下管板基本完好，表明腐蝕的發(fā)生并非因?yàn)楣馨邂亴硬牧衔锢砘瘜W(xué)性能不佳或使用過(guò)程中劣化所致。

圖 1預(yù)熱器不同部位腐蝕情況：（a）上管板管箱焊環(huán)接觸部位；（b）下管板表面；（c）管板密封面；（d）上管板隔板槽

下載:全尺寸圖片幻燈片

仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域?yàn)楣芟渑c管板密封面接觸區(qū)域。由于墊片的存在，管板密封面并不直接與管箱接觸，由此可知腐蝕發(fā)生在管板與墊片或管箱與墊片之間的狹小空間中。設(shè)備在工廠制作完畢，為節(jié)約成本，水壓實(shí)驗(yàn)采用石棉墊片替代設(shè)備墊片，設(shè)備檢驗(yàn)合格后直接交付客戶使用。客戶在收到設(shè)備后，為了節(jié)約時(shí)間，試車(chē)時(shí)并沒(méi)有更換隨設(shè)備發(fā)過(guò)來(lái)的設(shè)備墊片。設(shè)備試車(chē)成功后直接投產(chǎn)時(shí)又忘記更換主墊片，從而導(dǎo)致開(kāi)車(chē)一年原設(shè)備上不銹鋼管箱腐蝕嚴(yán)重?zé)o法使用，最后被迫將管箱更換為T(mén)A10材質(zhì)。余存燁等[5]在6%NaCl溶液，pH為6，溫度70~90 ℃，720 h后縫隙腐蝕誘發(fā)性順序?yàn)門(mén)i ＜氯丁橡膠＜石棉＜氟樹(shù)脂，驗(yàn)證了墊片材質(zhì)對(duì)設(shè)備防腐蝕性能的巨大影響。

預(yù)熱器的管板材質(zhì)為T(mén)A3，腐蝕最為嚴(yán)重。設(shè)備在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)檢修時(shí)剛打開(kāi)設(shè)備觀察到管板表面呈天藍(lán)色，然而將設(shè)備從生產(chǎn)車(chē)間拆卸下來(lái)后發(fā)現(xiàn)表面腐蝕物已變?yōu)辄S白色，如圖2所示。

圖 2預(yù)熱器管箱密封面：（a）剛打開(kāi)時(shí)；（b）放置一段時(shí)間后

下載:全尺寸圖片幻燈片

根據(jù)粟屋裕等[6]在研究沸騰氯化銨氯化鈉溶液中鈦縫隙腐蝕后認(rèn)為由于Cl−與OH−在鈦表面吸附會(huì)形成[ Ti（OH）xCly（H2O）p]q+重絡(luò)合物離子，離解成Ti2O3與水，再由Ti2O3氧化成TiO2，反應(yīng)過(guò)程為：

下載:全尺寸圖片幻燈片

據(jù)此推斷預(yù)熱器管板端面的腐蝕物為T(mén)iO2，而腐蝕主要發(fā)生在密封面與墊片之間的狹小空間內(nèi)。針對(duì)鈦材的腐蝕查詢相關(guān)資料，如表6數(shù)據(jù)所示，可以看出純鈦的耐腐蝕性最低，鈦鈀類(lèi)合金的耐腐蝕性最好[7]。

表 6TA10合金與其它合金在含氧介質(zhì)中的耐蝕性能比較

下載:導(dǎo)出CSV

|顯示表格

根據(jù)實(shí)際使用情況，TA3材料已不能滿足該工況下使用。而更換材質(zhì)為T(mén)A10后管箱基本沒(méi)有發(fā)生腐蝕，說(shuō)明TA10合金可以滿足該工況下的使用要求。

2.3 殼程分析

從與設(shè)備連接的殼程管道可見(jiàn)白色鹽結(jié)晶說(shuō)明管程鹵水已泄露至殼程如圖3所示。

由于殼程并未發(fā)生肉眼可見(jiàn)的泄漏，作者推測(cè)這種現(xiàn)象是由于鹵水溶液長(zhǎng)期積存在這些部位引發(fā)縫隙腐蝕后日積月累形成的。因?yàn)榭p隙腐蝕通常發(fā)生在微米級(jí)的間隙中，當(dāng)腐蝕液進(jìn)入這些不易進(jìn)入的部位時(shí)，機(jī)械強(qiáng)度會(huì)降到允許極限以下，保護(hù)涂層從金屬表面脫落，破壞工程結(jié)構(gòu)中機(jī)械連接的整體，導(dǎo)致設(shè)備遭到破壞，影響正常的工作和生產(chǎn)秩序[8]。

圖 3殼程管道圖片：（a）內(nèi)部；（b）連接管路

下載:全尺寸圖片幻燈片

此外，也有可能是墊片密封不嚴(yán)導(dǎo)致的物料泄漏，從而對(duì)管程產(chǎn)生反向腐蝕，進(jìn)而引發(fā)管程腐蝕大面積發(fā)生。

3. 改進(jìn)措施

3.1 返修方案

擬定預(yù)熱器返修方案：

（1）去除腐蝕管板表面所有缺陷，如圖4所示。

圖 4缺陷去除示意圖

下載:全尺寸圖片幻燈片

（2）對(duì)腐蝕嚴(yán)重的隔板槽和管板密封面，在露鋼部位采用類(lèi)似復(fù)合板接頭結(jié)構(gòu)，采用TA10合金墊板將基層墊平[9]。

（3）在原來(lái)管板密封面及隔板槽位置新作TA9合金焊環(huán)及隔板槽。

（4）將新做焊環(huán)及隔板槽通過(guò)TA10墊板，過(guò)渡連接和原管板鈦層焊接為一個(gè)整體，如圖5所示。

圖 5新焊環(huán)隔板槽示意圖

下載:全尺寸圖片幻燈片

（5）在新作TA9焊環(huán)端面重新加工密封面與新作TA10管箱適配，確保密封性能完好。

（6）在新作TA9隔板槽端面加工隔板槽與新作TA10管箱適配，確保密封性能完好。

（7）管箱墊片采用鈦鈀合金類(lèi)墊片。

3.2 返修流程

針對(duì)擬定的返修方案，設(shè)定返修流程：

（1）腐蝕管板前期處理。

①標(biāo)示并劃定缺陷區(qū)域。

②鏜腐蝕管板區(qū)域，并砂輪拋光復(fù)層表面微腐蝕污染影響區(qū)域，如圖6所示。

圖 6重新機(jī)加過(guò)的管板端面

下載:全尺寸圖片幻燈片

③鉆沉頭螺孔。

（2）新增TA9焊環(huán)。

①弧段實(shí)配下料。

②依原管板端面配作拼焊成環(huán)。

③并配鉆沉孔，如圖7所示。

圖 7新增TA9焊環(huán)

下載:全尺寸圖片幻燈片

（3）設(shè)備檢修。

①打磨管板腐蝕區(qū)域，如圖8所示。

圖 8去除缺陷后的管板隔板槽：（a）左側(cè)；（b）右側(cè)

下載:全尺寸圖片幻燈片

②用TA2沉頭螺釘把接焊環(huán)與管板基層貼實(shí)。

③焊環(huán)沉釘處塞焊、焊環(huán)與管板復(fù)層焊接。

④在管箱隔板位置增加與焊環(huán)厚度相同的TA9鈦板條，確保隔板與隔板槽貼合，如圖9所示。

圖 9新制隔板槽的管板面

下載:全尺寸圖片幻燈片

⑤焊縫處進(jìn)行PT檢驗(yàn)。

⑥TA9焊環(huán)端面進(jìn)行鏜加工見(jiàn)平，如圖10所示。

圖 10機(jī)加工完成的管板端面

下載:全尺寸圖片幻燈片

2015年預(yù)熱器檢修完畢水壓實(shí)驗(yàn)合格后即交付客戶使用。近期客戶對(duì)生產(chǎn)線停車(chē)檢修后發(fā)現(xiàn)2015年返修的預(yù)熱器依舊能正常使用。

4. 結(jié)束語(yǔ)

⑴制鹽行業(yè)換熱器類(lèi)設(shè)備，殼程介質(zhì)為蒸汽時(shí)，同一條生產(chǎn)線上的換熱器管板設(shè)計(jì)選材建議采用S31603+TA10復(fù)合板或TA10管板。

⑵制鹽行業(yè)換熱器類(lèi)設(shè)備，管程工作介質(zhì)為鹵水且殼程為熱蒸汽時(shí)，同一條生產(chǎn)線上的換熱器管箱材質(zhì)建議采用TA10。

⑶制鹽行業(yè)換熱器類(lèi)設(shè)備，制造過(guò)程或返修更換換熱管時(shí)推薦采用先脹后焊的工藝。

⑷制鹽行業(yè)換熱器類(lèi)設(shè)備，管箱管板連接用非金屬墊推薦采用填充改性聚四氟乙烯（RPTFE）墊片。金屬墊片推薦采用纏繞墊、齒型墊或金屬環(huán)形墊。

⑸對(duì)于發(fā)生類(lèi)似腐蝕或泄露的熱交換類(lèi)設(shè)備，如果管板基層沒(méi)有腐蝕至發(fā)生泄漏，換熱管角焊縫泄漏點(diǎn)少，不影響換熱效率時(shí)，可以考慮采用在原管板端面新增建一個(gè)新的耐腐蝕密封面，繞開(kāi)原來(lái)發(fā)生腐蝕的密封面，既可以延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，又可以降低設(shè)備檢修成本和檢修時(shí)間。