王生章

摘要：哈氏合金换热器是一种通过名为波纹板作为其换热元件高效换热器，在近年来，哈氏合金凭借自身的优势被各行业所重视，由于哈氏合金换热器的广泛应用普及，众多样板换热器制造厂家也逐渐重点关注板式换热器的行业市场。本文针对哈氏合金U形管换热器内部的腐蚀断裂等一系列困境做出研究，并且根据哈氏合金的材料以及运行工况各个方面进行实验分析，并通过相应的解决措施，例如更换热熔板，使用镍基合金来对哈氏合金腐蚀性进行了有效控制。

关键词：C22;哈氏合金;换热器;腐蚀原因;防护措施

0  引言

美国Haynes IntematioIlal公司N10665钢的商业名称就是哈氏合金的来源，由于在实验中，哈氏合金的耐醋酸、盐酸、硫酸等还原性介质以及氧化性介质的耐腐蚀能力[1]。根据上述特征，从而使得哈氏合金在可以得到较为广泛的应用与使用。就在哈氏合金换热器被各个厂商广泛生产，得到社会广泛应用之际，某石油企业在使用哈氏合金换热器时出现故障，其主要故障表现为石油公司使用u形管频繁出现腐蚀以及开裂现象。此个u形管换热器的主要材质就是哈氏合金，石油公司的树脂加工厂的设备在购买后仅使用六个月就发生了以哈氏合金为主要材质的u形管使用仅6个月就被侵蚀严重的现象，并且设备还有因为腐蚀导致开裂的现象。由于这样的弊端会导致企业生产效率的大幅度下降甚至会影响企业经济效益。本文通过对石油企业中的树脂工厂的u形管换热器的腐蚀状况进行化学成分方面、温度影响和工作状况以及运行工况的研究，意在为哈氏合金的腐蚀问题提供解决办法。

1  哈氏合金性能与腐蚀原因

1.1 哈氏合金设备简介

哈氏合金可以在强氧化性盐的介质中进行湿氧、亚硫酸、醋酸、甲酸、次氯酸盐里面保持高度的耐蚀性，并且还可以在日常行为中耐均匀腐蚀、耐点蚀和耐晶间腐蚀的能力。在哈氏合金制作的材料中，最为频繁发生腐蚀开裂问题的u形管换热器，在经过我们调查中发现，u形换热管的管程介质为树脂液，换热器的规格为19mm×2mm，它的换热器入口温度和出口温度都分别是：100℃和280℃，它的管程工作压力是1.7MPa。壳程中间物质叫做导热油，它的入口温度和出口温度分别是330℃和310℃，壳程工作压力是0.8MPa。并且相关人员在是由企业的操作车间进行勘查后发现，有部分列管出现开裂的部位是U形弯段，管束直管段无显著减薄现象，裂口周围也没有减薄状态，裂纹走向是径向，并且其管束列管部位并没有发现局部胀粗与鼓包现象。u形换热管是使用哈氏合金材质进行锻造的，并且中间掺杂的镍基耐蚀合金是可以介于不锈钢与纯镍之中，并且其物理性能具有超强的耐腐蚀性，在国际的金属专业认证中将镍基耐蚀合金放入奥氏体结构金属[2]。因此，在对镍基耐蚀合金的腐蚀性能进行分析研究我们了解到，许多氧化性介质有可能存在于哈氏合金之中，并且对于钢造成晶间腐蚀，又或者这种物质会在氯离子的介质环境中导致应力腐蚀的出现。

1.2 哈氏合金主要性能

在进行哈氏合金的研究与开发时，我们将厂内的br06型产品当作哈氏合金耐腐蚀性能测试的研究目标，br06型产品的温度和压力分别是65℃和0.85MPa，单台组装换热面积也分别进行了基础测量。但是想要将主要技术关键的Hastelloy C-276板材的冷成型性能做好，就需要将板式换热器中的传热板片作为关键部件进行分析。br06型板片在具体层面的研究是通过使用油压机压制进行的，最终使得成品得以成型。在进行实验中，我们所需要的关键模具是通过在国外购买回来的哈氏合金的原创公司使用的模具也是从国外西德史密特公司生产的原产模具。由于模具的费时费力并且耗费金额巨大，所以需要最大限度的将模具利用到极致，所以必须在进行板片压制的过程中保证一次性通过，专家学者利用哈氏合金的性能进行推算研究，最终确定出应该使用工业相关条款进行哈氏合金研究的执行。

在上一步的版面最终成型后，应该对板面进行检测，检测它们的密封槽和波纹深度。并且查看检测结果是否可以按照相关标准进行符合图样的实验。并依照GB4730-94的样式进行压形后的板片进行着色探伤检查，而且使用I级作为实验是否成功的最终关键所在，并且在经过专家技术人员的实验结果中我们得知，这些板面符合我们的哈氏合金试验技术要求。（3.7±0.15）mm是Br06板片波纹深度的要求，并且此产品槽形环和接管、法兰都是使用碳钢材料进行的，技术人员在板面的表面进行衬氟处理这三件组焊，以上衬氟处理的做法让哈氏合金避免了以往会出现的焊接问题。而且使得原本不太优秀的耐酸腐蚀下的衬里聚四氟乙烯进行的耐酸腐蚀方面质的飞跃。在进行酸度实验中我们了解到，通常的温度敏感区下的年腐蚀率奥氏体不锈钢发生氯离子导致的应力腐蚀开裂的一般为150～280℃，这就说明在温度小于180℃的溶液中，硫酸质量浓度0～98%中，哈氏合金的耐蚀性能良好，并且在这个温度区间里面，氯离子质量浓度很低的时候就会导致奥氏体结构的品间腐蚀从而引起腐蚀开裂。一般来说u形管换热器管束部件的工作温度一般在90～100℃，但也有容易发生应力腐蚀开裂的少部分温度区间[3]。在0.05～0.50mm/a。石油公司的树脂工厂的u形管换热器管束的应力来源主要是操作技术，在实验中发现树脂液的入口温度和出口温度分别为100℃和280℃，这里可以看出管程介质的进口和出口的温度差距严重，并且其中的出料段和进料段管子會由于温差导致自由伸长量和膨胀状态不同。但是由于这两个地方是紧密接连起来的，因此其自由伸长量影响相互作用力的产生，也就是进料段以及出料段的管子会产生温差应力。

1.3 哈氏合金腐蚀原因

管束煨弯段是自由端，管板是固定端，当产生温差应力时，应力会首先在换热管上进行自由端的集中。在于换热管的弯曲半径只有4cm，这在实验中我们发现半径有点过小，从而会导致应力的产生并不是均匀分布的，也不能通过实验做到有效地消除或缓解，从而影响结构突变，最后使得使煨弯处的局部应力值迅速升高，在设备运作过程中产生的各种应力就会集中在u形换热管煨弯段导致应力集中。由此可见，由于u形换热管中的应力过于集中，所以诱发应力腐蚀断裂。综上所述，换热管材质哈氏合金和316 L工作的介质环境、温度环境产生符合发生应力腐蚀的条件，并且u形换热管煨弯段的应力集中是个别u形换热管煨弯段发生开裂的重要诱因。

2  哈氏合金腐蚀的措施

2.1 更换换热器材质

通过哈氏合金的u型换热管的实验分析，我们发现更换换热器管束材质是解决哈氏合金腐蚀问题的首要选择，但是由于其原有u形管换热器换热面积很小只有32m2，并且在u形弯连接处也具有较大的腐蚀问题并腐蚀十分严重。所以，我们使用208钢制作的u形管换热器作为新更换的换热器，208钢材质使得换热面积增大至50m2，并且防腐状态也十分好。截止到目前为止，新更换的以208钢为原料的换热器管束已运行近一年时间，并且还没有漏液现象的发生，在场区内的运行状态很好，可以作为长期设备进行使用。

2.2 更新传热板片

由于传热板片是板式换热器的关键元件，因此板材的冷成型性能是主要技术重点所在，油压机将br06型板面进行压制成型，其使用的模具也是通过在原厂施密特公司进行进口而来的原装模具。技术人员在进行实验过程中模具十分珍惜，为了避免模具浪费而导致经济损失，所以尽量让板面压制可以一次通过，一次合格，所以通过对结合哈氏合金的力学性能的反复研究，决定按通用工艺相关条款执行。板片成型后，对其密封槽及波纹深度等进行了检测，其结果均符合图样及相关标准要求，并按GB4730-94对压形后的板片进行着色探伤检查，并以I级为合格判定标准，结果均符合规定要求。板片波纹深度要求符合专业工艺，该产品接管、法兰及槽形环均采用碳钢材料，三件组焊后在其内表面进行衬氟处理，从而避免了哈氏合金的焊接问题，同时衬里聚四氟乙烯耐酸腐蚀的性能优异[4]。

2.3 使用镍基合金

镍基合金由于镍本身具有钝化的特征，并且对于多种合金元素可以起到固溶状态，所以镍基合金可以在作为原料进行设备制作时，可以更好的预防产生各种类似石油公司的事件。并且经过实验结果发现，镍基合金可以将原本不锈钢和其他金属不能解决的腐蚀事件，更好的解决完成。从而使得哈氏合金可以在以往难以实施的腐蚀环境中进行更加广泛的应用。为了避免石油公司的树脂工厂类似事故的发生，建议对于哈氏合金进行研制的工厂可以使用镍基合金进行原料从而进行设备的制造，从而避免工厂发生类似事件[5]。

3  结束语

在使用哈氏合金换热器的过程中应该严格按照ASTM B626 标准的规定严格进行焊接，并且在焊后对母材以及焊缝进行严密冷拉处理，之后依据 ASTM B626标准对冷拉处理后的热熔器成型件实行符合标准的固溶退火处理[6]。并且相关部门在进行哈氏合金换热器的检测时，应该关注u形管换热器的耐腐蚀性能的检测。并且相关企业工厂进行u形管以及其他哈氏合金换热器的购买和订货时，也要附加检查其产品的耐腐蚀性能，要求其符合检验要求，从而从根本上杜绝有损企业效益的行为发生。

参考文献：

[1]金光熙，岳洋，曹杰.C22哈氏合金换热器腐蚀原因及其防护措施[J].腐蚀与防护，2018（02）：66-68.

[2]李化锦.哈氏合金换热器设计及制造要点[J].辽宁化工，2017（07）：118-121.

[3]骆重阳，张军明，杨冬，等.哈氏合金换热器腐蚀开裂失效分析及解决措施[J].石油化工設备，2017，38（5）：108-109.

[4]魏化中，熊仲营，周超.哈氏合金热交换器管板焊接过烧对耐腐蚀性能影响[J].石油化工设备，2018，40（4）：17-19.

[5]骆重阳，张军明，杨冬，等.哈氏合金换热器腐蚀开裂失效分析及解决措施[J].石油化工设备，2019，38（5）：108-109.

[6]毛华群.哈氏合金反应器腐蚀泄漏原因[J].腐蚀与防护，2016，13（3）：144-147.