乙二醇不锈钢蒸发器应力腐蚀开裂评价与安全分析

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不锈钢由于具有优良的耐全面腐蚀性能、机械性能而受到人们的重视,在许多生产和服务部门,尤其是在化学工业、核能工程以及石油化工等工业部门得到了应用。但是在一定环境下,特别是在应力和特定环境介质的综合作用下,往往会出现应力腐蚀裂纹,引起结构的失效。这种失效现象容易对设备造成一定程度的损伤,特别是对在役设备,有时候甚至会导致整个系统运行停止,给生产带来巨大的经济损失。因此,应力腐蚀开裂是一种很典型的、严重的失效现象。扬子石化公司乙二醇生产过程中,多台乙二醇不锈钢蒸发器的封头与筒体环焊缝熔合线附近出现了大量的网状裂纹以及垂直于焊缝的纵向裂纹,经过现场金相覆膜和失效分析,确定该设备的开裂原因是由晶间应力腐蚀裂纹引起的。针对这种开裂现象,本文从以下几个方面进行了研究:1.基于乙二醇不锈钢蒸发器材料选择的考虑,使用 1Cr18Ni9Ti、316L 及 SAF2205三种不锈钢材料进行晶间型应力腐蚀敏感性评估研究。在实验条件下,采用自行设计的加载试样,通过标准的 Strauss 晶间腐蚀评价试验方法,针对焊接热影响区,研究在受外加载荷条件下敏化状态和焊接状态对晶间腐蚀的影响,研究结果表明:这三种材料抗晶间应力腐蚀敏感性由 1Cr18Ni9Ti-316L-SAF2205 依次增强。敏化处理使得材料的抗晶间应力腐蚀性能减弱。2.依据乙二醇蒸发器所处的实际工况,模拟了三种不锈钢材料的焊接接头在敏化状态和焊态下,在含有微量氯离子的甲酸乙酸介质环境中的腐蚀现象,实验结果表明:三种不锈钢材料的晶间腐蚀开裂敏感性很低,仅出现了轻微应力腐蚀开裂迹象,并且伴随轻微的点蚀。敏化处理对这种试验环境下材料应力腐蚀开裂的影响不明显。3.针对乙二醇蒸发器封头和筒体在组装过程中存在强制组对现象,本文采用有限元分析软件 ABAQUS,针对封头和筒体强制组对前的错边量和强制组对后产生的装配应力之间的关系进行数值模拟,计算结果表明当封头和筒体的错边量值在 6mm 以内时,应力值在屈服极限以内。4.本文采用事故树分析方法,对乙二醇不锈钢蒸发器应力腐蚀开裂进行安全分析。分析结果表明,环境因素(Cl-、SO4 )对应力腐蚀开裂的贡献最大,其次为应力状况, 2-接着是焊接工艺条件以及漏检裂纹的影响。 I<WP=4>摘 要通过以上分析研究,要保证整个系统的安全可靠运行,防止乙二醇不锈钢蒸发器发生类似的腐蚀开裂,应该控制好乙二醇多效蒸发器的介质环境,尽量避免出现腐蚀性介质Cl-、SO4 ;在不锈钢蒸发器设计和制造过程中,选择耐晶间应力腐蚀的材料,降低装配 2-应力以及焊接残余应力,控制好焊接工艺参数,减轻设备焊接热影响区敏化程度。
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