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换热器管束开裂原因分析

文档作者：刘园，王正，王璐，王斌，王蕊，李鹏志文档来源：大连理工大学能源与动力学院		点击数：	更新时间： 2024年09月21日
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第6期 一83一
换热器管束开裂原因分析
刘园，王正，王璐，王斌，王蕊，李鹏志
(大连理工大学能源与动力学院， 辽宁大连1 1 6024)
[摘要]某公司换热器管程介质为中温中变气，壳程介质为除氧水。更换管束后运行11个月，检修时发现换热管开裂。为
此对换热管进行化学成分分析、金相组织分析、断口宏微观形貌、扫描电镜分析以及断口腐蚀产物分析，发现夹杂物是引
起换热管开裂的主要原因。
[关键词]换热管；管束开裂； 失效分析；夹杂物
某公司有一台换热器，换热器管程介质是中
变气，工作压力2．79 MPa，入口温度429℃ ， 出
口温度185℃；壳程介质是除氧水，工作压力4．4
MPa，入口温度155 oC，出口温度256℃。换热管
材料为0Crl8Nil0Ti，换热管与管板连接采用强度
焊加贴胀。
该换热器自2009年5月投入使用，2012年6月
更换新管束，2013年5月发现换热管发生开裂。对
开裂管束进行检修时发现：有十多根换热管在距
管头约100 mm处(管板厚128 mm)开裂；部分管
束裂纹出现在换热管内侧距管头40．50 mm处，大
部分管束在管头贴胀区内出现多处裂纹，裂纹呈
周向分布； 同时失效管束外表面存在白色物质及
黄色及黑色氧化物。
1失效换热管分析
失效换热管开裂状况如图1所示，可看出换热
管沿周向存在裂纹，与轴向方向垂直，裂纹已经
穿透换热管⋯。
图1 失效换热管局部开裂图
1．1换热管化学成分分析
换热管材料为0Crl8Ni10Ti，对换热管材料进
行的化学成分分析结果如表1所示，材料的化学成
分符合GB13296—2007《锅炉、热交换器用不锈钢
无缝钢管》规定的技术要求。
表1 换热管化学成分分析 (％)
牌号 C Si Mn P S Ni Cr Yi
GB13296-2007 ≤O．O8 ≤ 1．0 ≤2．0 ≤0．035 ≤0．O3 9—12 17一l9 ≥ 5C％
失效管 0．0266 0．428 0．681 0．0322 0．00034 9，25 17．59 0．242
1．2换热管金相组织分析
对换热管的壁厚方向抛光，并经王水溶液浸
蚀，观察其金相组织如图2所示。由图2a可见，管
子内部分布较多夹杂物，为球状氧化物； 由图2b
可看出金相组织为奥氏体组织，且分布大量黑色
点状夹杂物，夹杂物对材料的抗腐蚀性能和强度
都会产生不良影响【 。
作者简介：刘园(1987一)，女，河南郑州人，大连理工大学能
源与动力学院硕士研究生在读，研究方向为设备与结构安全性评价
及寿命预测。

一
86一 ■ 腐蚀防护 2石0油和化工设备
14年第17卷
1．5断口腐蚀产物分析
为研究换热管断裂原因，采用SEM扫描电镜
和EPMA探针对断口腐蚀产物进行分析，分析结果
如表2、表3所示。腐蚀产物中含有大量Fe，少量
Ca，说明腐蚀产物主要有Fe3O4、CaCO3。Fe3O4是
管壁金属钝化膜的主要组成成分，CaCO，是水中杂
质沉淀生成的【 】。
表2 扫描电镜分析断口腐蚀产物
化学成分(质量分数)％
c l Si l Ni I Cr I Fe l Ca Mg
0．66
0
25．20 l 0．35 l 2．85 l 1．64 I 42．3O l 1．12 25．88
表3 EPMA探针分析断口腐蚀产物
化学成分(质量分数)％
c l Mn l Ni l Cr l Ti I Fe I Ca l Cu l A1
2．768 l 0．852 I 6．698 f 32．219 l 1．011 l 55．134 l 0．318 1 0．903 l 0．095
2分析结果及讨论
由换热管化学成分分析可以看出，材料的化
学成分符合要求。观察换热管金相组织分析， 组
织中存在大量黑色点状夹杂物； 同时对断口及断
口附近进行宏微观相貌分析， 发现裂纹由外表面
开始，向内表面进行，裂纹分叉，有二次裂纹吲。
从断口扫描电镜中可以看到， 断口表面的氧化物
上存在很多微小的裂纹，这是裂纹枝权的源点。
通过以上分析可以看出，换热管开裂是由于
换热管材料内部存在大量夹杂物引起的。
3结论
(1)换热管材料符合GBl3296 2007《锅炉、
热交换器用不锈钢无缝钢管》和NB／T47010—
2010《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》规定的
0Cr1 8N订0Ti化学成分。
(2)开裂由换热管外表面向内表面进行，裂纹
分叉， 有二次裂纹。裂纹沿换热管周向开裂，与
轴向方向垂直，并且换热管在开裂方向上没有减
薄，属于脆性断裂。
(3)开裂是由于换热管材料内部存在大量夹杂
物引起的。
◆参考文献
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