2015年某鹽礦60萬t/年真空制鹽項目生產(chǎn)線在停車檢修過程中對發(fā)生腐蝕的預(yù)熱器情況進行分析探討并進行維修。近期再次檢修時發(fā)現(xiàn)2015年返修設(shè)備可以正常使用，這說明對設(shè)備腐蝕機理的分析是正確的，制定的返修方案是可行的，對同類設(shè)備的設(shè)計制造與維護檢修具有重要的借鑒意義。

1.   設(shè)備情況分析

真空制鹽母液回收工藝中預(yù)熱器參數(shù)、零部件材質(zhì)及規(guī)格見表1和表2[1]。

管板Q345R材料化學成分符合標準值要求，見表3[2-3]。

管板Q345R材料力學性能符合標準值要求，見表4[2-3]。

2.   腐蝕原因分析與討論

縫隙存在于金屬與金屬、金屬與非金屬的結(jié)合處，既有寬到液體能夠流入，又有窄到能夠維持液體流入后靜滯的區(qū)域，可以在很多介質(zhì)中作為腐蝕發(fā)生的場所，其中以氯化物溶液最甚[4]。

2.1   工藝分析

熱電廠0.6 MPa蒸汽經(jīng)各支管進入首效加熱室，料液沸騰后產(chǎn)生的二次蒸汽分別作下一效的加熱蒸汽。

結(jié)合表1和表5數(shù)據(jù)可知設(shè)備運行時殼程、管程內(nèi)部溫度在100 ℃以上。

2.2   管程分析

預(yù)熱器管程主要工作介質(zhì)鹵水中Cl−含量較高，設(shè)備管程工作溫度高。檢修現(xiàn)場設(shè)備如圖1所示。從圖1（a）可以看出，預(yù)熱器上管板與管箱焊環(huán)接觸部位周圈腐蝕，其中部分位置已見鋼，預(yù)熱器下管板密封面未發(fā)生腐蝕（圖1（b）），同時預(yù)熱器上管板管板、隔板槽位置嚴重腐蝕，如圖1（c）和圖1（d）所示。上管板腐蝕嚴重，下管板基本完好，表明腐蝕的發(fā)生并非因為管板鈦層材料物理化學性能不佳或使用過程中劣化所致。

仔細觀察發(fā)現(xiàn)，腐蝕最嚴重的區(qū)域為管箱與管板密封面接觸區(qū)域。由于墊片的存在，管板密封面并不直接與管箱接觸，由此可知腐蝕發(fā)生在管板與墊片或管箱與墊片之間的狹小空間中。設(shè)備在工廠制作完畢，為節(jié)約成本，水壓實驗采用石棉墊片替代設(shè)備墊片，設(shè)備檢驗合格后直接交付客戶使用?？蛻粼谑盏皆O(shè)備后，為了節(jié)約時間，試車時并沒有更換隨設(shè)備發(fā)過來的設(shè)備墊片。設(shè)備試車成功后直接投產(chǎn)時又忘記更換主墊片，從而導致開車一年原設(shè)備上不銹鋼管箱腐蝕嚴重無法使用，最后被迫將管箱更換為TA10材質(zhì)。余存燁等[5]在6%NaCl溶液，pH為6，溫度70~90 ℃，720 h后縫隙腐蝕誘發(fā)性順序為Ti ＜氯丁橡膠＜石棉＜氟樹脂，驗證了墊片材質(zhì)對設(shè)備防腐蝕性能的巨大影響。

預(yù)熱器的管板材質(zhì)為TA3，腐蝕最為嚴重。設(shè)備在生產(chǎn)現(xiàn)場檢修時剛打開設(shè)備觀察到管板表面呈天藍色，然而將設(shè)備從生產(chǎn)車間拆卸下來后發(fā)現(xiàn)表面腐蝕物已變?yōu)辄S白色，如圖2所示。

根據(jù)粟屋裕等[6]在研究沸騰氯化銨氯化鈉溶液中鈦縫隙腐蝕后認為由于Cl−與OH−在鈦表面吸附會形成[ Ti（OH）xCly（H2O）p]q+重絡(luò)合物離子，離解成Ti2O3與水，再由Ti2O3氧化成TiO2，反應(yīng)過程為：

據(jù)此推斷預(yù)熱器管板端面的腐蝕物為TiO2，而腐蝕主要發(fā)生在密封面與墊片之間的狹小空間內(nèi)。針對鈦材的腐蝕查詢相關(guān)資料，如表6數(shù)據(jù)所示，可以看出純鈦的耐腐蝕性最低，鈦鈀類合金的耐腐蝕性最好[7]。

根據(jù)實際使用情況，TA3材料已不能滿足該工況下使用。而更換材質(zhì)為TA10后管箱基本沒有發(fā)生腐蝕，說明TA10合金可以滿足該工況下的使用要求。

2.3   殼程分析

從與設(shè)備連接的殼程管道可見白色鹽結(jié)晶說明管程鹵水已泄露至殼程如圖3所示。

由于殼程并未發(fā)生肉眼可見的泄漏，作者推測這種現(xiàn)象是由于鹵水溶液長期積存在這些部位引發(fā)縫隙腐蝕后日積月累形成的。因為縫隙腐蝕通常發(fā)生在微米級的間隙中，當腐蝕液進入這些不易進入的部位時，機械強度會降到允許極限以下，保護涂層從金屬表面脫落，破壞工程結(jié)構(gòu)中機械連接的整體，導致設(shè)備遭到破壞，影響正常的工作和生產(chǎn)秩序[8]。

此外，也有可能是墊片密封不嚴導致的物料泄漏，從而對管程產(chǎn)生反向腐蝕，進而引發(fā)管程腐蝕大面積發(fā)生。

3.   改進措施

3.1   返修方案

擬定預(yù)熱器返修方案：

（1）去除腐蝕管板表面所有缺陷，如圖4所示。

（2）對腐蝕嚴重的隔板槽和管板密封面，在露鋼部位采用類似復合板接頭結(jié)構(gòu)，采用TA10合金墊板將基層墊平[9]。

（3）在原來管板密封面及隔板槽位置新作TA9合金焊環(huán)及隔板槽。

（4）將新做焊環(huán)及隔板槽通過TA10墊板，過渡連接和原管板鈦層焊接為一個整體，如圖5所示。

（5）在新作TA9焊環(huán)端面重新加工密封面與新作TA10管箱適配，確保密封性能完好。

（6）在新作TA9隔板槽端面加工隔板槽與新作TA10管箱適配，確保密封性能完好。

（7）管箱墊片采用鈦鈀合金類墊片。

3.2   返修流程

針對擬定的返修方案，設(shè)定返修流程：

（1）腐蝕管板前期處理。

①標示并劃定缺陷區(qū)域。

②鏜腐蝕管板區(qū)域，并砂輪拋光復層表面微腐蝕污染影響區(qū)域，如圖6所示。

③鉆沉頭螺孔。

（2）新增TA9焊環(huán)。

①弧段實配下料。

②依原管板端面配作拼焊成環(huán)。

③并配鉆沉孔，如圖7所示。

（3）設(shè)備檢修。

①打磨管板腐蝕區(qū)域，如圖8所示。

②用TA2沉頭螺釘把接焊環(huán)與管板基層貼實。

③焊環(huán)沉釘處塞焊、焊環(huán)與管板復層焊接。

④在管箱隔板位置增加與焊環(huán)厚度相同的TA9鈦板條，確保隔板與隔板槽貼合，如圖9所示。

⑤焊縫處進行PT檢驗。

⑥TA9焊環(huán)端面進行鏜加工見平，如圖10所示。

2015年預(yù)熱器檢修完畢水壓實驗合格后即交付客戶使用。近期客戶對生產(chǎn)線停車檢修后發(fā)現(xiàn)2015年返修的預(yù)熱器依舊能正常使用。

4.   結(jié)束語

⑴制鹽行業(yè)換熱器類設(shè)備，殼程介質(zhì)為蒸汽時，同一條生產(chǎn)線上的換熱器管板設(shè)計選材建議采用S31603+TA10復合板或TA10管板。

⑵制鹽行業(yè)換熱器類設(shè)備，管程工作介質(zhì)為鹵水且殼程為熱蒸汽時，同一條生產(chǎn)線上的換熱器管箱材質(zhì)建議采用TA10。

⑶制鹽行業(yè)換熱器類設(shè)備，制造過程或返修更換換熱管時推薦采用先脹后焊的工藝。

⑷制鹽行業(yè)換熱器類設(shè)備，管箱管板連接用非金屬墊推薦采用填充改性聚四氟乙烯（RPTFE）墊片。金屬墊片推薦采用纏繞墊、齒型墊或金屬環(huán)形墊。

⑸對于發(fā)生類似腐蝕或泄露的熱交換類設(shè)備，如果管板基層沒有腐蝕至發(fā)生泄漏，換熱管角焊縫泄漏點少，不影響換熱效率時，可以考慮采用在原管板端面新增建一個新的耐腐蝕密封面，繞開原來發(fā)生腐蝕的密封面，既可以延長設(shè)備使用壽命，又可以降低設(shè)備檢修成本和檢修時間。

參考文獻

[1]陳留平. 年產(chǎn)60萬噸真空鹽項目制鹽工程方案綜述. 中國井鹽礦, 2005,36:18

[2]李曉鵬, 原思聰, 何鋒, 等. 制鹽行業(yè)U型列管式預(yù)熱器泄漏原因分析與對策. 金屬世界, 2016(6):74doi: 10.3969/j.issn.1000-6826.2016.06.18

[3]全國鋼標準化技術(shù)委員會. GB 713—2008 鍋爐和壓力容器用鋼板. 北京: 中國標準出版社, 2008

[4]孟昭寧. 制鹽設(shè)備管線中的縫隙腐蝕及預(yù)防. 鹽業(yè)與化工, 2015,44(3):53

[5]余存燁. 鈦制化工設(shè)備縫隙腐蝕探討. 化工設(shè)備與管道, 2010,47(5):64

[6]栗屋裕等. 沸騰鹽化アンモニウム溶液中におけるチタンの間隙腐食. 防食技術(shù), 1967,16(3):1

[7]鄒武裝. 鈦手冊. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2012

[8]薛福連. 制鹽設(shè)備管線中的縫隙腐蝕及預(yù)防. 石油化工腐蝕與防護, 2003(3):8

[9]何鋒, 熊富倉, 李曉鵬. PTA裝置TA1/Q345R容器液壓實驗泄漏的原因分析及對策. 中國鈦業(yè), 2013(1):35

文章來源——金屬世界