軸向型波紋管補償器腐蝕原因分析

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自20世紀80年代中期以來(lái)，外壓軸向波紋管補償器具有補償量大、結構緊湊、穩定性好、維護使用方便等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，由于環(huán)境腐蝕因素的增加和人們對各種工作介質(zhì)和環(huán)境介質(zhì)缺乏了解，傳統的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償器波紋管腐蝕的原因，結合波紋管波紋管補償器腐蝕失效的措施。        2.補償器腐蝕的原因        2.11波紋管腐蝕失效形式        外壓軸向波紋管補償器的故障主要是波紋管腐蝕泄漏。通過(guò)對腐蝕失效波紋管殘留碎片的宏觀(guān)觀(guān)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別、裂紋尖端前沿腐蝕產(chǎn)和斷裂表面附著(zhù)物的成分分析，發(fā)現波紋管一般有兩種形式：點(diǎn)腐蝕穿孔和應力腐蝕開(kāi)裂。通過(guò)對腐蝕失效波紋管殘留碎片的宏觀(guān)觀(guān)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別、裂紋尖端前沿腐蝕產(chǎn)和斷裂表面附著(zhù)物的成分分析，發(fā)現波紋管一般有兩種形式：點(diǎn)腐蝕穿孔和應力腐蝕開(kāi)裂。氯離子引起的波紋管應力腐蝕破裂占所有失效案例的95%以上。        2.2應力腐蝕的影響因素        分析應力腐蝕機理，影響應力腐蝕的主要因素有：介質(zhì)含腐蝕性離子濃度、應力大小、介質(zhì)溫度、材料抗應力腐蝕敏感性等。對于外壓波紋管補償器，應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力有關(guān)。        (1)介質(zhì)因素        引起波紋管應力腐蝕的介質(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。應力腐蝕常見(jiàn)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力，又有成型應力。由于波紋管是一種柔性補償元件，隨著(zhù)波紋管位移壓力的增加，吸收熱位移不可避免地會(huì )增加工作應力工作應力，其值遠大于波紋管材料的室溫屈服強度，因此波紋管應力腐蝕的應力條件比一般壓力容器壓力氣缸和接管要嚴格。

        (3)溫度因素

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

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

        2.3波紋管應力腐蝕開(kāi)裂的原因

        從金屬腐蝕學(xué)的角度來(lái)看，應力腐蝕破裂必須有兩個(gè)條件：一是有一定的拉應力，二是有適當的金屬腐蝕介質(zhì)組合。

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

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

波紋管在一定和應力條件下，波紋管的應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(cháng)期接觸高溫高濃度氯離子溶液0系列不銹鋼波紋管應力腐蝕破裂；

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，導致氯離子濃縮pH波紋管只有在值降低后才能發(fā)生應力腐蝕和破裂。

液體必須含有溶氧，才能先產(chǎn)生點(diǎn)蝕或縫隙腐蝕。

應力腐蝕案例分析表明，外壓波紋管補償器的應力腐蝕與波紋管內輸送介質(zhì)和外部環(huán)境條件有關(guān)。當波紋管內部工作介質(zhì)符合標準要求時(shí)，外部環(huán)境介質(zhì)是波紋管故障的主要原因。        波紋管應力腐蝕開(kāi)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力腐蝕性差，對應力腐蝕敏感。        3.預防補償器腐蝕的措施        3.1波紋管選材        用于加熱管網(wǎng)外壓補償器波紋管的選材，除工作介質(zhì)、工作溫度和外部環(huán)境外，還應考慮應力腐蝕的可能性、水處理劑和管道清洗劑對材料的影響，并結合焊接、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)的成功應用和我對北京石電工程波紋管膨脹節剩余壽命的評估中得到了證實(shí)。在300系不銹鋼中，隨著(zhù)Ni、Mo含量的增加，其耐氯化物應力腐蝕、點(diǎn)蝕的能力增加。與304、321相比，316、316L當波紋管工作介質(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。國內熱網(wǎng)多年的使用證明，316型材料的波紋管是可靠的。國外同類(lèi)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。當管道地勢較低，雨水或事故污水不可避免地浸泡波紋管時(shí)，應考慮選擇耐腐蝕性較強的材料。根據海軍艦船和沿海地區供熱管網(wǎng)的使用經(jīng)驗，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(zhù)現代工業(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 )對波紋管造成局部腐蝕。在這種情況下，波紋管行業(yè)內外用耐腐蝕性強于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、應力腐蝕能力強于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償器的結構特點(diǎn)，含有腐蝕性元素的環(huán)境介質(zhì)可能會(huì )從補償器出口端環(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，導致點(diǎn)蝕和應力腐蝕。        (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償器的出口端環(huán)與出口管之間，其作用相當于套筒補償器，它不僅能抵抗外部腐蝕介質(zhì)的入侵，還能為補償器增加安全屏障。即使波紋管損壞，補償器也能起到補償作用，避免波紋管故障造成的災難性后果。        (2)波紋管采用復層結構        補償器結構與普通外壓軸向型相同，波紋管采用復層結構，波紋管內層(接觸大氣環(huán)境)擬采用抗應力腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕能力強的耐腐蝕合金，其余為300系列不銹鋼。        (3)復層結構+填料密封裝置        波紋管采用方案二的復層結構，在出口端環(huán)與出口管之間增加填料密封裝置，起到雙重保護作用。        4結束語(yǔ)        （1）外壓波紋管腐蝕失效的主要原因是氯化物應力腐蝕開(kāi)裂，腐蝕介質(zhì)主要來(lái)自外部環(huán)境。        （2）改善波紋管補償器的結構形式，切斷波紋管應力腐蝕的外部介質(zhì)來(lái)源，防止波紋管補償器的腐蝕失效。