淺析能譜分析法在塔頂冷凝器換熱管裂紋分析上的應用

金志新

（大慶石油化工機械廠，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，規格ф900×8×4611mm，殼體材質為Q235B，換熱管材質為TP304。運行參數：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：殼程碳十芳烴，管程循環水（表1）。

表1 換熱管材料化學組成(wt%)

2 試件

來樣為冷凝器U型管彎管部分的4個管段，長度分別為 300mm（1#）、220mm（2#）、250mm（3#）、225mm（4#）。

3 能譜分析

對圖裂紋斷口表面附著物（腐蝕產物）組成進行能譜分析。試樣裂紋斷口附著物能譜分析結果列于表2、表3，具體譜圖位置見圖1、2。總共對4個試樣11處裂紋斷口所做的能譜試驗數據中，除1處為換熱管基體成分外，其余11組數據中：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 裂紋性質及成因討論

4.1 E-102冷凝器換熱管損傷的嚴重性

總長不到1米長的4根管段中，宏觀與探傷檢測，查出30余處宏觀裂紋（大多已穿透壁厚，2處嚴重泄漏）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現至少6處獨立啟裂與擴展的裂紋，試樣內壁表面普遍有一薄層網狀裂紋，裂紋斷口中充滿二次開裂。

4.2 裂紋性質

在冷凝器換熱管查出的2類裂紋，即內壁表面非常淺（150μm）、范圍較大的網狀裂紋和導致換熱管泄漏失效的裂紋，從形態、特征、形成時期、形成機制、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果1

表3 試樣裂紋斷口附著物能譜分析結果2

圖1 裂紋2試樣（原始態）譜圖位置

圖2 裂紋2試樣（乙醇清洗態）譜圖位置

淺表網狀裂紋周圍有滲碳跡象，因晶間碳化物集聚，導致沿晶氧化腐蝕，從而形成較大面積淺表網狀裂紋，在目前冷凝器的運行條件下換熱管內壁不太可能產生這一過程。而且，它不是導致換熱管泄漏失效的直接原因或主導因素。沒有它存在，在現行條件下運行，換熱管依然會發生開裂、泄漏、失效問題。

根據上述試驗分析，特別是從形態看，檢查出的所有裂紋和蝕坑均起源于換熱管內壁；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物，一些裂紋從蝕坑底部萌生，顯示開裂與腐蝕有關；裂紋分布于U型管受拉伸變形的一側，U型管外沿（拉伸變形最嚴重）處均可能成為裂源，裂紋均為環向的，與變形引發的最大拉應力垂直，顯示開裂與變形和應力有關；裂紋主體為穿晶開裂；裂紋屬脆性開裂，為擴展中的動態裂紋；裂紋間隙腐蝕產物中含有較多Cl、S、O等，Cl-離子含量高達2.55wt%，S含量高達2.17wt%。O含量均很高；換熱管運行溫度32～38℃；換熱管材質為18-8型奧氏體不銹鋼。

5 結語

從上述特征看，導致冷凝器換熱管泄漏失效的裂紋應屬應力腐蝕裂紋。鑒于裂紋間隙腐蝕產物中含較多Cl-離子，裂紋基本為穿晶機制，故Cl-離子對誘發開裂起主導作用，應屬主要由Cl-離子誘發的陽極溶解型應力腐蝕裂紋。