C22哈氏合金換熱器腐蝕原因及其防護措施

王生章

摘要：哈氏合金換熱器是一種通過名為波紋板作為其換熱元件高效換熱器，在近年來，哈氏合金憑借自身的優勢被各行業所重視，由于哈氏合金換熱器的廣泛應用普及，眾多樣板換熱器制造廠家也逐漸重點關注板式換熱器的行業市場。本文針對哈氏合金U形管換熱器內部的腐蝕斷裂等一系列困境做出研究，并且根據哈氏合金的材料以及運行工況各個方面進行實驗分析，并通過相應的解決措施，例如更換熱熔板，使用鎳基合金來對哈氏合金腐蝕性進行了有效控制。

關鍵詞：C22;哈氏合金;換熱器;腐蝕原因;防護措施

0 ?引言

美國Haynes IntematioIlal公司N10665鋼的商業名稱就是哈氏合金的來源，由于在實驗中，哈氏合金的耐醋酸、鹽酸、硫酸等還原性介質以及氧化性介質的耐腐蝕能力[1]。根據上述特征，從而使得哈氏合金在可以得到較為廣泛的應用與使用。就在哈氏合金換熱器被各個廠商廣泛生產，得到社會廣泛應用之際，某石油企業在使用哈氏合金換熱器時出現故障，其主要故障表現為石油公司使用u形管頻繁出現腐蝕以及開裂現象。此個u形管換熱器的主要材質就是哈氏合金，石油公司的樹脂加工廠的設備在購買后僅使用六個月就發生了以哈氏合金為主要材質的u形管使用僅6個月就被侵蝕嚴重的現象，并且設備還有因為腐蝕導致開裂的現象。由于這樣的弊端會導致企業生產效率的大幅度下降甚至會影響企業經濟效益。本文通過對石油企業中的樹脂工廠的u形管換熱器的腐蝕狀況進行化學成分方面、溫度影響和工作狀況以及運行工況的研究，意在為哈氏合金的腐蝕問題提供解決辦法。

1 ?哈氏合金性能與腐蝕原因

1.1 哈氏合金設備簡介

哈氏合金可以在強氧化性鹽的介質中進行濕氧、亞硫酸、醋酸、甲酸、次氯酸鹽里面保持高度的耐蝕性，并且還可以在日常行為中耐均勻腐蝕、耐點蝕和耐晶間腐蝕的能力。在哈氏合金制作的材料中，最為頻繁發生腐蝕開裂問題的u形管換熱器，在經過我們調查中發現，u形換熱管的管程介質為樹脂液，換熱器的規格為19mm×2mm，它的換熱器入口溫度和出口溫度都分別是：100℃和280℃，它的管程工作壓力是1.7MPa。殼程中間物質叫做導熱油，它的入口溫度和出口溫度分別是330℃和310℃，殼程工作壓力是0.8MPa。并且相關人員在是由企業的操作車間進行勘查后發現，有部分列管出現開裂的部位是U形彎段，管束直管段無顯著減薄現象，裂口周圍也沒有減薄狀態，裂紋走向是徑向，并且其管束列管部位并沒有發現局部脹粗與鼓包現象。u形換熱管是使用哈氏合金材質進行鍛造的，并且中間摻雜的鎳基耐蝕合金是可以介于不銹鋼與純鎳之中，并且其物理性能具有超強的耐腐蝕性，在國際的金屬專業認證中將鎳基耐蝕合金放入奧氏體結構金屬[2]。因此，在對鎳基耐蝕合金的腐蝕性能進行分析研究我們了解到，許多氧化性介質有可能存在于哈氏合金之中，并且對于鋼造成晶間腐蝕，又或者這種物質會在氯離子的介質環境中導致應力腐蝕的出現。

1.2 哈氏合金主要性能

在進行哈氏合金的研究與開發時，我們將廠內的br06型產品當作哈氏合金耐腐蝕性能測試的研究目標，br06型產品的溫度和壓力分別是65℃和0.85MPa，單臺組裝換熱面積也分別進行了基礎測量。但是想要將主要技術關鍵的Hastelloy C-276板材的冷成型性能做好，就需要將板式換熱器中的傳熱板片作為關鍵部件進行分析。br06型板片在具體層面的研究是通過使用油壓機壓制進行的，最終使得成品得以成型。在進行實驗中，我們所需要的關鍵模具是通過在國外購買回來的哈氏合金的原創公司使用的模具也是從國外西德史密特公司生產的原產模具。由于模具的費時費力并且耗費金額巨大，所以需要最大限度的將模具利用到極致，所以必須在進行板片壓制的過程中保證一次性通過，專家學者利用哈氏合金的性能進行推算研究，最終確定出應該使用工業相關條款進行哈氏合金研究的執行。

在上一步的版面最終成型后，應該對板面進行檢測，檢測它們的密封槽和波紋深度。并且查看檢測結果是否可以按照相關標準進行符合圖樣的實驗。并依照GB4730-94的樣式進行壓形后的板片進行著色探傷檢查，而且使用I級作為實驗是否成功的最終關鍵所在，并且在經過專家技術人員的實驗結果中我們得知，這些板面符合我們的哈氏合金試驗技術要求。（3.7±0.15）mm是Br06板片波紋深度的要求，并且此產品槽形環和接管、法蘭都是使用碳鋼材料進行的，技術人員在板面的表面進行襯氟處理這三件組焊，以上襯氟處理的做法讓哈氏合金避免了以往會出現的焊接問題。而且使得原本不太優秀的耐酸腐蝕下的襯里聚四氟乙烯進行的耐酸腐蝕方面質的飛躍。在進行酸度實驗中我們了解到，通常的溫度敏感區下的年腐蝕率奧氏體不銹鋼發生氯離子導致的應力腐蝕開裂的一般為150～280℃，這就說明在溫度小于180℃的溶液中，硫酸質量濃度0～98%中，哈氏合金的耐蝕性能良好，并且在這個溫度區間里面，氯離子質量濃度很低的時候就會導致奧氏體結構的品間腐蝕從而引起腐蝕開裂。一般來說u形管換熱器管束部件的工作溫度一般在90～100℃，但也有容易發生應力腐蝕開裂的少部分溫度區間[3]。在0.05～0.50mm/a。石油公司的樹脂工廠的u形管換熱器管束的應力來源主要是操作技術，在實驗中發現樹脂液的入口溫度和出口溫度分別為100℃和280℃，這里可以看出管程介質的進口和出口的溫度差距嚴重，并且其中的出料段和進料段管子會由于溫差導致自由伸長量和膨脹狀態不同。但是由于這兩個地方是緊密接連起來的，因此其自由伸長量影響相互作用力的產生，也就是進料段以及出料段的管子會產生溫差應力。

1.3 哈氏合金腐蝕原因

管束煨彎段是自由端，管板是固定端，當產生溫差應力時，應力會首先在換熱管上進行自由端的集中。在于換熱管的彎曲半徑只有4cm，這在實驗中我們發現半徑有點過小，從而會導致應力的產生并不是均勻分布的，也不能通過實驗做到有效地消除或緩解，從而影響結構突變，最后使得使煨彎處的局部應力值迅速升高，在設備運作過程中產生的各種應力就會集中在u形換熱管煨彎段導致應力集中。由此可見，由于u形換熱管中的應力過于集中，所以誘發應力腐蝕斷裂。綜上所述，換熱管材質哈氏合金和316 L工作的介質環境、溫度環境產生符合發生應力腐蝕的條件，并且u形換熱管煨彎段的應力集中是個別u形換熱管煨彎段發生開裂的重要誘因。

2 ?哈氏合金腐蝕的措施

2.1 更換換熱器材質

通過哈氏合金的u型換熱管的實驗分析，我們發現更換換熱器管束材質是解決哈氏合金腐蝕問題的首要選擇，但是由于其原有u形管換熱器換熱面積很小只有32m2，并且在u形彎連接處也具有較大的腐蝕問題并腐蝕十分嚴重。所以，我們使用208鋼制作的u形管換熱器作為新更換的換熱器，208鋼材質使得換熱面積增大至50m2，并且防腐狀態也十分好。截止到目前為止，新更換的以208鋼為原料的換熱器管束已運行近一年時間，并且還沒有漏液現象的發生，在場區內的運行狀態很好，可以作為長期設備進行使用。

2.2 更新傳熱板片

由于傳熱板片是板式換熱器的關鍵元件，因此板材的冷成型性能是主要技術重點所在，油壓機將br06型板面進行壓制成型，其使用的模具也是通過在原廠施密特公司進行進口而來的原裝模具。技術人員在進行實驗過程中模具十分珍惜，為了避免模具浪費而導致經濟損失，所以盡量讓板面壓制可以一次通過，一次合格，所以通過對結合哈氏合金的力學性能的反復研究，決定按通用工藝相關條款執行。板片成型后，對其密封槽及波紋深度等進行了檢測，其結果均符合圖樣及相關標準要求，并按GB4730-94對壓形后的板片進行著色探傷檢查，并以I級為合格判定標準，結果均符合規定要求。板片波紋深度要求符合專業工藝，該產品接管、法蘭及槽形環均采用碳鋼材料，三件組焊后在其內表面進行襯氟處理，從而避免了哈氏合金的焊接問題，同時襯里聚四氟乙烯耐酸腐蝕的性能優異[4]。

2.3 使用鎳基合金

鎳基合金由于鎳本身具有鈍化的特征，并且對于多種合金元素可以起到固溶狀態，所以鎳基合金可以在作為原料進行設備制作時，可以更好的預防產生各種類似石油公司的事件。并且經過實驗結果發現，鎳基合金可以將原本不銹鋼和其他金屬不能解決的腐蝕事件，更好的解決完成。從而使得哈氏合金可以在以往難以實施的腐蝕環境中進行更加廣泛的應用。為了避免石油公司的樹脂工廠類似事故的發生，建議對于哈氏合金進行研制的工廠可以使用鎳基合金進行原料從而進行設備的制造，從而避免工廠發生類似事件[5]。

3 ?結束語

在使用哈氏合金換熱器的過程中應該嚴格按照ASTM B626 標準的規定嚴格進行焊接，并且在焊后對母材以及焊縫進行嚴密冷拉處理，之后依據 ASTM B626標準對冷拉處理后的熱熔器成型件實行符合標準的固溶退火處理[6]。并且相關部門在進行哈氏合金換熱器的檢測時，應該關注u形管換熱器的耐腐蝕性能的檢測。并且相關企業工廠進行u形管以及其他哈氏合金換熱器的購買和訂貨時，也要附加檢查其產品的耐腐蝕性能，要求其符合檢驗要求，從而從根本上杜絕有損企業效益的行為發生。

參考文獻：

[1]金光熙，岳洋，曹杰.C22哈氏合金換熱器腐蝕原因及其防護措施[J].腐蝕與防護，2018（02）：66-68.

[2]李化錦.哈氏合金換熱器設計及制造要點[J].遼寧化工，2017（07）：118-121.

[3]駱重陽，張軍明，楊冬，等.哈氏合金換熱器腐蝕開裂失效分析及解決措施[J].石油化工設備，2017，38（5）：108-109.

[4]魏化中，熊仲營，周超.哈氏合金熱交換器管板焊接過燒對耐腐蝕性能影響[J].石油化工設備，2018，40（4）：17-19.

[5]駱重陽，張軍明，楊冬，等.哈氏合金換熱器腐蝕開裂失效分析及解決措施[J].石油化工設備，2019，38（5）：108-109.

[6]毛華群.哈氏合金反應器腐蝕泄漏原因[J].腐蝕與防護，2016，13（3）：144-147.