不锈钢波纹管换热器是近年来我国研制的高效新型换热设备,与传统列管式换热器相比具有传热系数高,不易结垢,设备重量轻等优点,目前,已大量替代普通列管式换热器,成为供热、供水等场合的首选产品,并已开始在石油开采与输送、石油炼制、化工、制药等行业使用。由于以上行业所涉及介质多含有腐蚀性物质,加之不锈钢波纹管换热器采用的是变截面的薄壁换热元件,所以研究其腐蚀与防护,对于指导安全生产,减少不必要的损失能起到很重要的作用。
    1、不锈钢波纹管应力腐蚀现象分析
西北某油田采油集输站,1995年选用了两台波纹管式换热器。壳体用16ＭｎＲ钢板及锻件,换热管用1Ｃｒ18Ｎｉ9Ｔｉ不锈钢制作,设计壳程为蒸汽,管程为原油。1996年下半年开始运行,首先储油罐发现冒蒸汽,经分析是换热器汽相与原油相混所致。1997年初将换热器停止使用,经检测,部分换热管出现裂纹,破裂部位大部分在波峰处以及波峰与波节的根部处,换热管破裂部位均无涨粗、拉薄等塑性变形特征。裂纹既有主干,也有明显的分叉现象,某些裂纹呈环状或网状。从图1所示的裂纹微观形貌上可以看出,裂纹为穿晶型裂纹,从上述换热管破裂的特征可以看出,这些换热管的破裂为典型的应力腐蚀破裂。
    2、不锈钢波纹管应力腐蚀机理分析
    2.1应力腐蚀破裂的成因
    众所周知,不锈钢产生应力腐蚀破裂的基本条件是敏感的合金(材料因素)、特定的介质(环境因素),如奥氏体不锈钢在含氯化物的溶液中使用;一定的拉伸应力(力学,。。因素),包括外加应力,相变应力和残余应力等。如具备这3个基本条件,即有可能产生不锈钢的应力腐蚀破坏。在发生应力腐蚀破裂时,并不发生明显的均匀腐蚀,甚至腐蚀产物极少,有时肉眼也很难发现,因此应力腐蚀是一种非常危险的破坏。应力腐蚀过程一般可分为3个阶段:第一阶段为孕育期,在这一阶段内,因腐蚀过程的局部化和拉应力作用的结果,使裂纹生核,即在不锈钢的腐蚀敏感部位优先形成微小凹坑;第二阶段为腐蚀裂纹发展时期,当裂纹生核后,在腐蚀介质和金属中拉应力的共同作用下,裂纹扩展,导致零件的破坏产生细长的裂缝;第三阶段中,由于拉应力的局部集中,裂纹急剧生长,裂缝扩展很快,能在短时间内发生严重的破坏。
    2.2　影响应力腐蚀的因素
不锈钢的应力腐蚀开裂与介质的特性、温度的高低以及应力的大小有关,同时还与钢的成分和组织结构的特点有关。