軸向型波紋管補(bǔ)償器腐蝕原因分析

文章來(lái)源：http://www.dzzwjy.com 發(fā)布時(shí)間：2022-08-14 瀏覽次數(shù)：48

自20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，外壓軸向波紋管補(bǔ)償器具有補(bǔ)償量大、結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好、維護(hù)使用方便等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，由于環(huán)境腐蝕因素的增加和人們對(duì)各種工作介質(zhì)和環(huán)境介質(zhì)缺乏了解，傳統(tǒng)的300系列不銹鋼波紋管腐蝕故障案例偶爾發(fā)生，其安全使用引起了越來(lái)越多的關(guān)注。本文分析了外壓軸向波紋管補(bǔ)償器波紋管腐蝕的原因，結(jié)合波紋管波紋管補(bǔ)償器腐蝕失效的措施。        2.補(bǔ)償器腐蝕的原因        2.11波紋管腐蝕失效形式        外壓軸向波紋管補(bǔ)償器的故障主要是波紋管腐蝕泄漏。通過(guò)對(duì)腐蝕失效波紋管殘留碎片的宏觀觀察、碎片上裂紋和斷裂的金相分析、電鏡分析、裂紋形狀和特征的識(shí)別、裂紋尖端前沿腐蝕產(chǎn)和斷裂表面附著物的成分分析，發(fā)現(xiàn)波紋管一般有兩種形式：點(diǎn)腐蝕穿孔和應(yīng)力腐蝕開裂。通過(guò)對(duì)腐蝕失效波紋管殘留碎片的宏觀觀察、碎片上裂紋和斷裂的金相分析、電鏡分析、裂紋形狀和特征的識(shí)別、裂紋尖端前沿腐蝕產(chǎn)和斷裂表面附著物的成分分析，發(fā)現(xiàn)波紋管一般有兩種形式：點(diǎn)腐蝕穿孔和應(yīng)力腐蝕開裂。氯離子引起的波紋管應(yīng)力腐蝕破裂占所有失效案例的95%以上。        2.2應(yīng)力腐蝕的影響因素        分析應(yīng)力腐蝕機(jī)理，影響應(yīng)力腐蝕的主要因素有：介質(zhì)含腐蝕性離子濃度、應(yīng)力大小、介質(zhì)溫度、材料抗應(yīng)力腐蝕敏感性等。對(duì)于外壓波紋管補(bǔ)償器，應(yīng)力腐蝕主要與波紋管接觸介質(zhì)含有CL-濃度、介質(zhì)溫度、介質(zhì)溶氧量、介質(zhì)pH值的大小與波紋管的應(yīng)力有關(guān)。        (1)介質(zhì)因素        引起波紋管應(yīng)力腐蝕的介質(zhì)分為工作介質(zhì)和環(huán)境介質(zhì)。        (1)介質(zhì)因素        引起波紋管應(yīng)力腐蝕的介質(zhì)分為工作介質(zhì)和環(huán)境介質(zhì)。工作介質(zhì)包括輸送介質(zhì)CL-、氧氣工業(yè)淡水、咸水、海水。淡水是指含鹽量低于0.介質(zhì)05%，海水含鹽量3~3.5%咸水含鹽量在淡水和海水之間。包括環(huán)境介質(zhì)CL-、游離氧、SO32-、SO工業(yè)淡水、咸水、海水、工業(yè)大氣等。應(yīng)力腐蝕常見介質(zhì)有:        （a）各種氯化物或含氯化物溶液；        （b）鹽水、海水、高溫高壓水、水蒸氣和海洋大氣；        （c）含CL-或SO42-溶液；        （d）堿性溶液。        (2)應(yīng)力因素        波紋管焊接成型的制造特點(diǎn)使其既有焊接殘余應(yīng)力，又有成型應(yīng)力。由于波紋管是一種柔性補(bǔ)償元件，隨著波紋管位移壓力的增加，吸收熱位移不可避免地會(huì)增加工作應(yīng)力工作應(yīng)力，其值遠(yuǎn)大于波紋管材料的室溫屈服強(qiáng)度，因此波紋管應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力條件比一般壓力容器壓力氣缸和接管要嚴(yán)格。

        (3)溫度因素

        材料在一定溫度范圍內(nèi)容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，部分鋼種仍有臨界斷裂溫度值。

奧氏體鋼種應(yīng)力腐蝕的溫度范圍為50~300℃這是加熱管網(wǎng)外壓波紋管補(bǔ)償器的介質(zhì)溫度或環(huán)境溫度。

        2.3波紋管應(yīng)力腐蝕開裂的原因

        從金屬腐蝕學(xué)的角度來(lái)看，應(yīng)力腐蝕破裂必須有兩個(gè)條件：一是有一定的拉應(yīng)力，二是有適當(dāng)?shù)慕饘俑g介質(zhì)組合。

波紋管不僅具有一定的加工殘余應(yīng)力，而且通常具有較高的工作應(yīng)力。作為應(yīng)力腐蝕的力學(xué)條件，滿足拉應(yīng)力。

波紋管應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力因素和溫度因素存在，但不一定會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。

波紋管在一定和應(yīng)力條件下，波紋管的應(yīng)力腐蝕還需要含有一定濃度的腐蝕介質(zhì)。

理論和工程實(shí)踐證明，波紋管在高溫高濃度氯離子溶液濃度氯離子溶液或長(zhǎng)期接觸高溫高濃度氯離子溶液0系列不銹鋼波紋管應(yīng)力腐蝕破裂；

在含氯離子濃度較低的溶液中，必須先進(jìn)行點(diǎn)蝕或縫隙腐蝕，導(dǎo)致氯離子濃縮pH波紋管只有在值降低后才能發(fā)生應(yīng)力腐蝕和破裂。

液體必須含有溶氧，才能先產(chǎn)生點(diǎn)蝕或縫隙腐蝕。

應(yīng)力腐蝕案例分析表明，外壓波紋管補(bǔ)償器的應(yīng)力腐蝕與波紋管內(nèi)輸送介質(zhì)和外部環(huán)境條件有關(guān)。當(dāng)波紋管內(nèi)部工作介質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，外部環(huán)境介質(zhì)是波紋管故障的主要原因。        波紋管應(yīng)力腐蝕開裂的原因有：        （a）局部敏化波紋管材料，降低耐腐蝕性。        （b）波紋管材料本身耐應(yīng)力腐蝕性差，對(duì)應(yīng)力腐蝕敏感。        3.預(yù)防補(bǔ)償器腐蝕的措施        3.1波紋管選材        用于加熱管網(wǎng)外壓補(bǔ)償器波紋管的選材，除工作介質(zhì)、工作溫度和外部環(huán)境外，還應(yīng)考慮應(yīng)力腐蝕的可能性、水處理劑和管道清洗劑對(duì)材料的影響，并結(jié)合焊接、成型和性能價(jià)格比。        (1)波紋管材料選擇316L、316。        （1）波紋管材料選用316L、316.300系不銹鋼在大氣、水蒸氣、淡水等弱介質(zhì)中耐腐蝕。這一點(diǎn)已許多城市供熱管網(wǎng)的成功應(yīng)用和我對(duì)北京石電工程波紋管膨脹節(jié)剩余壽命的評(píng)估中得到了證實(shí)。在300系不銹鋼中，隨著Ni、Mo含量的增加，其耐氯化物應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)蝕的能力增加。與304、321相比，316、316L當(dāng)波紋管工作介質(zhì)為除氧脫氣，水質(zhì)為中性時(shí)，上述元素含量最高（pH=7)非沿海地區(qū)淡水(如北京熱力、鄭州熱力管網(wǎng)介質(zhì))波紋管材料選用316、316L。300系不銹鋼波紋管，316、316、316，接觸介質(zhì)表面無(wú)腐蝕性介質(zhì)濃縮或豐富，紋管材料無(wú)敏化L是耐蝕的。國(guó)內(nèi)熱網(wǎng)多年的使用證明，316型材料的波紋管是可靠的。國(guó)外同類供熱管網(wǎng)的波紋管仍選用321材料，耐腐蝕性低于316。只要加強(qiáng)溝槽積水管理，消除波紋管表面環(huán)境介質(zhì)的豐富因素，316、316L它仍然是性能和價(jià)格比最好的材料。        (2)高鎳合金。當(dāng)管道地勢(shì)較低，雨水或事故污水不可避免地浸泡波紋管時(shí)，應(yīng)考慮選擇耐腐蝕性較強(qiáng)的材料。根據(jù)海軍艦船和沿海地區(qū)供熱管網(wǎng)的使用經(jīng)驗(yàn)，在接觸腐蝕性介質(zhì)時(shí)，選擇高鎳合金是最安全的。        （3）超奧氏體不銹鋼。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，一些城市的空氣污染日益加劇，空氣中含有空氣SO2、H2S、NO2、CL2等雜質(zhì)氣體可吸附在波紋管表面，溶于水后形成CL與SO42-等腐蝕性物質(zhì)會(huì)對(duì)波紋管造成局部腐蝕。在這種情況下，波紋管行業(yè)內(nèi)外用耐腐蝕性強(qiáng)于31616的超奧氏體不銹鋼制作波紋管以提高其使用壽命的呼聲日益增加，包括904L、254 ** O、654 ** O、25-6Mo及NHB-1、B-315鋼等，其共同特點(diǎn)是抗氯離子引起的點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕能力強(qiáng)于30系不銹鋼，還原性酸的耐腐蝕性也優(yōu)于300系不銹鋼。        3.由于普通外壓軸向波紋管補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，含有腐蝕性元素的環(huán)境介質(zhì)可能會(huì)從補(bǔ)償器出口端環(huán)與出口管之間的間隙流入波紋管，波紋管壁有一定的溫度，腐蝕性介質(zhì)會(huì)在波紋管表面濃縮或濃縮，導(dǎo)致點(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕。        (1)增加填料密封裝置        填料密封裝置增加到普通外壓波紋管補(bǔ)償器的出口端環(huán)與出口管之間，其作用相當(dāng)于套筒補(bǔ)償器，它不僅能抵抗外部腐蝕介質(zhì)的入侵，還能為補(bǔ)償器增加安全屏障。即使波紋管損壞，補(bǔ)償器也能起到補(bǔ)償作用，避免波紋管故障造成的災(zāi)難性后果。        (2)波紋管采用復(fù)層結(jié)構(gòu)        補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)與普通外壓軸向型相同，波紋管采用復(fù)層結(jié)構(gòu)，波紋管內(nèi)層(接觸大氣環(huán)境)擬采用抗應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕能力強(qiáng)的耐腐蝕合金，其余為300系列不銹鋼。        (3)復(fù)層結(jié)構(gòu)+填料密封裝置        波紋管采用方案二的復(fù)層結(jié)構(gòu)，在出口端環(huán)與出口管之間增加填料密封裝置，起到雙重保護(hù)作用。        4結(jié)束語(yǔ)        （1）外壓波紋管腐蝕失效的主要原因是氯化物應(yīng)力腐蝕開裂，腐蝕介質(zhì)主要來(lái)自外部環(huán)境。        （2）改善波紋管補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)形式，切斷波紋管應(yīng)力腐蝕的外部介質(zhì)來(lái)源，防止波紋管補(bǔ)償器的腐蝕失效。