Page 58 - 理化检验-物理分册2022年第十一期

卢雪梅, 等: 循环油蒸汽发生器换热管断裂原因

图 5 断口的 SEM 形貌
渡区较近; 2 试样垢物成分取自近管板侧新鲜断裂 腐蚀开裂特征 [ 3-4 ] 。
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面( 裂纹手动打开面); 3 试样垢物成分取自近管板 循环油蒸汽发生器换热管的接触介质是除氧水
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侧断裂面, 断面位置与胀接过渡区较近。采用能谱 和蒸汽, 正常情况下含有一定量的磷酸盐、 碳酸氢
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仪对 1 ~3 试样进行垢物成分分析, 结果如图 6 盐、 碳酸 和 二 氧 化 碳。 在 换 热 管 操 作 温 度 ( 104~

所示, 可见3 个试样均主要含有 C , O , Cr和 Fe等元 275 ℃ ) 下, 换 热 管 发 生 水 解 反 应 生 成 了 OH ,
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素, 其中 2 试样中含有 Na , P 元素, Na元素的质量 OH 与 换 热 管 内 水 中 的 Na 结 合 成 游 离 的
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+
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[ 5 ] , 导致碱 浓 度 升 高, 在 胀 管 等 有 缝 隙 的 地
分数为 4.73% 。 NaOH
方, 碱液发生富集、 浓缩。该换热管服役时温度较
高, 加剧了介质中离子的运动, 且温度越高, 发生碱
脆所需的 浓 度 越 低, 发 生 应 力 腐 蚀 断 裂 的 趋 势 越
大 [ 6-7 ] 。研究表明, 金属及合金材料在碱性溶液中,
拉应力和腐蚀介质会导致碱脆 [ 8-9 ] , 碱浓度越高, 材
料的断裂敏感性越大 [ 10 ] 。
在104~275℃ 的服役温度下, 随着水解反应的

进行, 换热管胀管缝隙位置的碱浓度不断升高, 在应
力作用下, 形成了碱脆发生的特定条件。随着缝隙
图 6 断裂换热管的垢物成分分析结果 位置碱液的富集、 浓缩, 换热管表面形成了细小裂
纹, 碱液也在裂纹处聚集。在碱浓度较高的条件下,
2 综合分析
裂纹尖端成为阳极反应区, 并在轴向应力的作用下,
综合上述结果可知, 该断裂换热管的硬度和显 裂纹迅速扩展, 最终导致换热管发生断裂。
微组织均无异常。裂纹起始于换热管外壁, 从外向
3 结论与建议
内扩展, 裂纹在扩展过程中以沿晶 + 穿晶混合开裂
循环油蒸汽发生器换热器发生了碱应力腐蚀断
特征为主, 并有晶粒脱落。断口的启裂区、 扩展区、
裂纹尖端均呈沿晶开裂特征, 断面呈块状, 并可见沿 裂。可以采用阴极保护、 表面喷漆等防护方法对应
晶二次裂纹, 晶面附着有颗粒状垢物, 这个特征与裂 力腐蚀进行控制, 并控制装置开工、 停工的速率, 以
纹的微观形貌相吻合, 符合碱性溶液中的沿晶应力 减少因温差而产生的断裂。 ( 下转第 45 页)
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