Page 59 - 理化检验-物理分册2021年第七期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202107010

316L 不锈钢板式换热器泄漏原因

吴建华 ,李平平 ,李玉新 ,吴 特 1
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( 1. 中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司,常州 213011 ; 2. 中国铁路武汉局集团有限公司 江安机务段,武汉 430301 )
摘 要: 316L 不锈钢板式换热器使用约半年后频繁出现泄漏事故, 通过扫描电镜分析、 能谱分
析、 金相检验、 显微硬度检测和有限元模拟分析等方法对泄漏原因进行了分析。结果表明: 316L 不
锈钢板片发生了应力腐蚀开裂, 造成泄漏。板片冷加工后产生了较大的残余拉应力且环境中存在
Cl 腐蚀介质, 导致残余应力较大的波峰和波谷处产生裂纹和腐蚀坑, 是造成板片发生早期开裂的
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主要原因, 而高温工作环境加速了点蚀的产生及裂纹的萌生和扩展, 最终板片发生泄漏。

关键词: 316L 不锈钢;换热器;应力腐蚀;残余应力;泄漏

中图分类号: TG178 文献标志码: B 文章编号: 1001-4012 ( 2021 ) 07-0043-05

CauseofLeaka g eon316LStainlessSteelPlateHeatExchan g er

WUJianhua , LIPin gp in g LIYuxin , WUTe 1
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,

( 1.CRRCQishu y anInstituteCo. , Ltd. , Chan g zhou213011 , China ;

2.Jian g ’ anLocomotiveDe p otofChinaRailwa y WuhanBureauGrou pCo. , Ltd. , Wuhan430301 , China )

Abstract : Theleaka g eaccidentsof316Lstainlesssteel p lateheatexchan g eroccurredfre q uentl yafterusin g

forabouthalfay ear.Thecausesofleaka g e wereanal y zedb y meansofscannin gelectron microsco p e , ener gy

s p ectrumanal y sis , metallo g ra p hicexamination , microhardnesstestandfiniteelementsimulationanal y sis.The

resultsshow thatstresscorrosioncrackin goccurredin316L stainlesssteelp late , resultin ginleaka g e.Lar g e

-
residualtensilestressandCl corrosion mediumexistedintheenvironmentaftercoldworkin g , leadin gtocracks

andcorrosionp itsatthewavecrestandvalle ywithlar g eresidualstress , whichwerethemainreasonfortheearl y

crackin gofp late.Hi g htem p eratureworkin genvironmentacceleratedtheg enerationofp ittin gcorrosionandthe

initiationandp ro p a g ationofcracks , andfinall y thep lateleaked.

Ke y words : 316Lstainlesssteel ; heatexchan g er ; stresscorrosion ; residualstress ; leaka g e
板式换热器是由许多波纹形的传热板片按一定 热侧为高温水蒸气( 200~300 ℃ ), 冷侧为质量分数

间隔、 通过橡胶垫片压紧组成的可拆卸的换热设备, 为 3% 的 NaOH ( 20~100 ℃ ), 设 计 寿 命 为 30a
工作过程中, 相邻通道中两种不同流体形成的逆流 ( 年), 在使用约半年后陆续出现小批量泄漏事故。
或顺流通过板片进行热量的交换 [ 1 ] 。板式换热器具 为找到该批次板式换热器的泄漏原因, 笔者对其进
有换热效率高、 物料流阻损失小、 结构紧凑、 温度控 行了理化检验及分析, 并提出了有效的改进和预防
制灵敏、 操作弹性大、 装拆方便、 使用寿命长等特点。 措施。
目前板片通常采用奥氏体不锈钢、 钛及钛合金、 镍及
镍合金等材料经冷冲压成形制备 [ 2-6 ] 。 1 理化检验
某厂生产的板式换热器材料为 316L 不锈钢, 1.1 宏观分析
图 1 为泄漏板片的宏观形貌, 可见泄漏位于板
片冷冲压成形过程中变形最大的波峰和波谷处, 且
收稿日期: 2020-12-15
作者简介: 吴建华( 1977- ), 女, 高级工程师, 主要从事金属材料
泄漏处有裂纹和凹坑存在, 部分裂纹局部穿过凹坑。
的金相检验工作, 752455578@ qq .com
泄漏部位及周围未见明显塑性变形、 磕碰擦伤等异
通信作者: 李平平( 1987- ), 男, 高级工程师, 主要从事机械零部
常损伤情况, 裂纹表现为脆性开裂特征。
件失效分析研究工作, l pp 86101c@163.com
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