金志新

（大庆石油化工机械厂，黑龙江 大庆 163021）

1 冷凝器概况

E-102冷凝器为U型管式换热器，规格ф900×8×4611mm，壳体材质为Q235B，换热管材质为TP304。运行参数：操作压力：壳程-0.084MPa，管程 0.454MPa；操作温度：壳程入口113℃，出口60℃；管程入口32℃，出口38℃；介质：壳程碳十芳烃，管程循环水（表1）。

表1 换热管材料化学组成(wt%)

2 试件

来样为冷凝器U型管弯管部分的4个管段，长度分别为 300mm（1#）、220mm（2#）、250mm（3#）、225mm（4#）。

3 能谱分析

对图裂纹断口表面附着物（腐蚀产物）组成进行能谱分析。试样裂纹断口附着物能谱分析结果列于表2、表3，具体谱图位置见图1、2。总共对4个试样11处裂纹断口所做的能谱试验数据中，除1处为换热管基体成分外，其余11组数据中：含有Cl元素的，最高值为2.54wt%、2.55wt%；含有S元素的，最高值为2.71wt%；含有P元素的，最高值为0.75%；含有O元素的，含量10.21～35.46wt%。

4 裂纹性质及成因讨论

4.1 E-102冷凝器换热管损伤的严重性

总长不到1米长的4根管段中，宏观与探伤检测，查出30余处宏观裂纹（大多已穿透壁厚，2处严重泄漏）和30余处蚀坑（有的已接近穿透壁厚）；金相和电镜观察，在一块金相试样上发现至少6处独立启裂与扩展的裂纹，试样内壁表面普遍有一薄层网状裂纹，裂纹断口中充满二次开裂。

4.2 裂纹性质

在冷凝器换热管查出的2类裂纹，即内壁表面非常浅（150μm）、范围较大的网状裂纹和导致换热管泄漏失效的裂纹，从形态、特征、形成时期、形成机制、危害程度看，是2类完全不同的裂纹。

表2 试样裂纹断口附着物能谱分析结果1

表3 试样裂纹断口附着物能谱分析结果2

图1 裂纹2试样（原始态）谱图位置

图2 裂纹2试样（乙醇清洗态）谱图位置

浅表网状裂纹周围有渗碳迹象，因晶间碳化物集聚，导致沿晶氧化腐蚀，从而形成较大面积浅表网状裂纹，在目前冷凝器的运行条件下换热管内壁不太可能产生这一过程。而且，它不是导致换热管泄漏失效的直接原因或主导因素。没有它存在，在现行条件下运行，换热管依然会发生开裂、泄漏、失效问题。

根据上述试验分析，特别是从形态看，检查出的所有裂纹和蚀坑均起源于换热管内壁；裂纹多源；裂纹多分支，每一处裂纹均似树根状，有许多枝杈；裂纹间隙中充满腐蚀产物，一些裂纹从蚀坑底部萌生，显示开裂与腐蚀有关；裂纹分布于U型管受拉伸变形的一侧，U型管外沿（拉伸变形最严重）处均可能成为裂源，裂纹均为环向的，与变形引发的最大拉应力垂直，显示开裂与变形和应力有关；裂纹主体为穿晶开裂；裂纹属脆性开裂，为扩展中的动态裂纹；裂纹间隙腐蚀产物中含有较多Cl、S、O等，Cl-离子含量高达2.55wt%，S含量高达2.17wt%。O含量均很高；换热管运行温度32～38℃；换热管材质为18-8型奥氏体不锈钢。

5 结语

从上述特征看，导致冷凝器换热管泄漏失效的裂纹应属应力腐蚀裂纹。鉴于裂纹间隙腐蚀产物中含较多Cl-离子，裂纹基本为穿晶机制，故Cl-离子对诱发开裂起主导作用，应属主要由Cl-离子诱发的阳极溶解型应力腐蚀裂纹。