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乙二醇不锈钢蒸发器应力腐蚀开裂评价与安全分析

冯娟  
【摘要】:不锈钢由于具有优良的耐全面腐蚀性能、机械性能而受到人们的重视,在许多生产和 服务部门,尤其是在化学工业、核能工程以及石油化工等工业部门得到了应用。但是在一 定环境下,特别是在应力和特定环境介质的综合作用下,往往会出现应力腐蚀裂纹,引起 结构的失效。这种失效现象容易对设备造成一定程度的损伤,特别是对在役设备,有时候 甚至会导致整个系统运行停止,给生产带来巨大的经济损失。因此,应力腐蚀开裂是一种 很典型的、严重的失效现象。 扬子石化公司乙二醇生产过程中,多台乙二醇不锈钢蒸发器的封头与筒体环焊缝熔合 线附近出现了大量的网状裂纹以及垂直于焊缝的纵向裂纹,经过现场金相覆膜和失效分 析,确定该设备的开裂原因是由晶间应力腐蚀裂纹引起的。 针对这种开裂现象,本文从以下几个方面进行了研究: 1.基于乙二醇不锈钢蒸发器材料选择的考虑,使用 1Cr18Ni9Ti、316L 及 SAF2205 三种不锈钢材料进行晶间型应力腐蚀敏感性评估研究。在实验条件下,采用自行设计的加 载试样,通过标准的 Strauss 晶间腐蚀评价试验方法,针对焊接热影响区,研究在受外加 载荷条件下敏化状态和焊接状态对晶间腐蚀的影响,研究结果表明:这三种材料抗晶间应 力腐蚀敏感性由 1Cr18Ni9Ti-316L-SAF2205 依次增强。敏化处理使得材料的抗晶间应 力腐蚀性能减弱。 2.依据乙二醇蒸发器所处的实际工况,模拟了三种不锈钢材料的焊接接头在敏化状 态和焊态下,在含有微量氯离子的甲酸乙酸介质环境中的腐蚀现象,实验结果表明:三种 不锈钢材料的晶间腐蚀开裂敏感性很低,仅出现了轻微应力腐蚀开裂迹象,并且伴随轻微 的点蚀。敏化处理对这种试验环境下材料应力腐蚀开裂的影响不明显。 3.针对乙二醇蒸发器封头和筒体在组装过程中存在强制组对现象,本文采用有限元 分析软件 ABAQUS,针对封头和筒体强制组对前的错边量和强制组对后产生的装配应力 之间的关系进行数值模拟,计算结果表明当封头和筒体的错边量值在 6mm 以内时,应力值 在屈服极限以内。 4.本文采用事故树分析方法,对乙二醇不锈钢蒸发器应力腐蚀开裂进行安全分析。 分析结果表明,环境因素(Cl-、SO4 )对应力腐蚀开裂的贡献最大,其次为应力状况, 2- 接着是焊接工艺条件以及漏检裂纹的影响。 I WP=4 摘 要 通过以上分析研究,要保证整个系统的安全可靠运行,防止乙二醇不锈钢蒸发器发生 类似的腐蚀开裂,应该控制好乙二醇多效蒸发器的介质环境,尽量避免出现腐蚀性介质 Cl-、SO4 ;在不锈钢蒸发器设计和制造过程中,选择耐晶间应力腐蚀的材料,降低装配 2- 应力以及焊接残余应力,控制好焊接工艺参数,减轻设备焊接热影响区敏化程度。


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