浙(zhe)江(jiang)至德鋼業有(you)限公司以水煤氣廢熱鍋(guo)爐在在線亞洲日產一區二區:不銹鋼換熱管和(he)(he)管板(ban)連(lian)(lian)接(jie)(jie)處(chu)的失(shi)效(xiao)分析為例，說明(ming)失(shi)效(xiao)分析的過程和(he)(he)意義(yi)。管殼式換(huan)熱器(qi)廣泛(fan)應用于化工、石油、醫藥和(he)(he)核行業。管板(ban)和(he)(he)換(huan)熱管連(lian)(lian)接(jie)(jie)處(chu)是(shi)一個關鍵部位，它(ta)們(men)之間的連(lian)(lian)接(jie)(jie)一般(ban)采用焊接(jie)(jie)、脹接(jie)(jie)或者兩者結(jie)合的方(fang)法(fa)。從文獻(xian)報(bao)道和(he)(he)實際(ji)使用情(qing)況(kuang)來看，管子(zi)和(he)(he)管板(ban)連(lian)(lian)接(jie)(jie)處(chu)的腐蝕是(shi)引(yin)起換(huan)熱器(qi)失(shi)效(xiao)的主要原(yuan)因。因此，常采用奧(ao)氏體(ti)在線亞洲日產一區二區:不銹鋼管子預防腐蝕的發生(sheng)。然而，在特(te)定(ding)的介質和(he)一定(ding)的拉應(ying)力下，奧(ao)氏體不銹鋼(gang)會(hui)發生(sheng)在線亞洲日產一區二區:應力腐蝕開裂。拉應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)來(lai)源于操作壓(ya)力(li)(li)(li)(li)、熱應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)或者制造的(de)殘余應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)。近年來(lai)，人們(men)通過(guo)失效案例(li)分析，對脹接或焊(han)接殘余應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)情況進行了大量研究(jiu)，并認為(wei)它們(men)在應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)中(zhong)起到了重要作用。一些換(huan)熱器失效案例(li)中(zhong)，雖然介質中(zhong)氯(lv)離子的(de)濃度非(fei)常小，但(dan)是奧氏體(ti)不銹鋼(gang)管應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)還會發生。眾多分析認為(wei)，應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)的(de)發生是由(you)氯(lv)離子在縫(feng)隙中(zhong)的(de)富集引(yin)起的(de)。
現(xian)當(dang)介質(zhi)中氯離子濃度僅(jin)有5.8mg/kg時，縫隙處的濃度值可高(gao)達2410mg/kg.但管子的應力腐蝕和縫隙腐蝕仍不(bu)能避免。目前(qian)，對于脹接之后還存在縫隙的原(yuan)因不(bu)清楚，因此，這個(ge)問題將在本(ben)章中進行重點(dian)討論。
一、失(shi)效案(an)例介紹
某甲醇廠一臺水煤氣廢熱鍋爐（以下簡稱“廢鍋”）管程的介質是由H2、CO、CO2、H2S、NH3、H2O等組成的水煤氣，水從鍋爐補水口進人廢鍋殼程，并在其內變成蒸汽后，再由蒸汽出口排出，廢熱鍋爐技術特性見表7-1。殼程的最高工作壓力和溫度分別為3.4MPa、242℃,管程的最高工作壓力和溫度分別為6.28 MPa、241℃.管子采用321不銹鋼材料，廠家提供的321不銹(xiu)鋼材料的化學成分見表7-2,管板采用20MnMo材料。換熱管和管板管孔的連接方式采用強度焊十密封脹。
設備在(zai)使用(yong)兩(liang)年左右后(hou)，發(fa)現(xian)出口蒸汽中一氧(yang)化碳含量明(ming)顯增高(gao)，判斷水(shui)煤氣出現(xian)泄漏(lou)。設備停車檢修時(shi)，并未發(fa)現(xian)宏觀(guan)缺陷。但水(shui)壓試驗時(shi)，發(fa)現(xian)管(guan)板堆(dui)焊層11處(chu)(chu)漏(lou)點；后(hou)經堵漏(lou)處(chu)(chu)理，漏(lou)點反而(er)增加到20多處(chu)(chu)。第二次水(shui)壓試驗時(shi)，又出現(xian)新的漏(lou)點，同(tong)時(shi)，在(zai)管(guan)子內(nei)壁發(fa)現(xian)一些黑色(se)附著(zhu)物(wu)(wu)，泄漏(lou)點位置和管(guan)內(nei)附著(zhu)物(wu)(wu)如圖7-1所示。
二、失(shi)效分析過程和結(jie)果(guo)
1. 現場勘查
首(shou)先對(dui)不(bu)銹鋼管(guan)板進行(xing)著(zhu)色探傷，未(wei)發現(xian)(xian)(xian)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)，如(ru)圖(tu)7-2(a)所(suo)示。其次，對(dui)筒體(ti)進行(xing)了檢查(cha)，未(wei)發現(xian)(xian)(xian)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)、腐蝕等現(xian)(xian)(xian)象，如(ru)圖(tu)7-2(b)所(suo)示。經仔細(xi)觀察，泄(xie)漏水珠是從換(huan)熱管(guan)內(nei)流(liu)出的，因(yin)此，基本可以確定裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)出現(xian)(xian)(xian)在換(huan)熱管(guan)上。經滲透(tou)檢測(ce)和(he)打(da)磨(mo)，開(kai)始在管(guan)內(nei)壁未(wei)發現(xian)(xian)(xian)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)，但經過滲透(tou)和(he)打(da)磨(mo)之后，出現(xian)(xian)(xian)樹枝狀裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)；隨(sui)著(zhu)打(da)磨(mo)的進行(xing)，裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)越(yue)來越(yue)清晰，并且裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)寬度(du)由管(guan)內(nei)向(xiang)外(wai)逐漸增加，如(ru)圖(tu)7-2(c)所(suo)示。因(yin)此，可以初步判斷裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)起源于管(guan)外(wai)壁，向(xiang)內(nei)部擴(kuo)展。
2. 現場取樣
分別(bie)取含有漏(lou)點的(de)一段進氣管以(yi)及對應的(de)出氣管，同時收集了管束(shu)內壁附著物，如(ru)圖(tu)7-3所示。
3. 換熱管(guan)材料分析
采用(yong)光譜儀對失效換(huan)熱管材料化(hua)學成(cheng)分進行了檢測(ce)分析，表(biao)明換(huan)熱管材料化(hua)學成(cheng)分基本(ben)符(fu)合GB 13296-2007《鍋爐、熱交換(huan)器用(yong)不銹鋼無縫鋼管》標準中對321不銹鋼的成(cheng)分要(yao)求，結果見表(biao)7-3.
4. 裂(lie)紋檢查
如圖7-4所示，把兩取(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)管(guan)打磨后，在(zai)(zai)進氣(qi)管(guan)外壁(bi)1、2區(qu)域內(nei)用(yong)肉眼可以觀察(cha)到微小裂(lie)紋，同時(shi)還(huan)發現在(zai)(zai)較粗裂(lie)紋處有一些小凹坑。在(zai)(zai)取(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)區(qu)1取(qu)(qu)試樣(yang)(yang)(yang)1。觀測(ce)取(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)管(guan)橫截(jie)面的裂(lie)紋和(he)(he)(he)(he)金(jin)相(xiang)(xiang)組織(zhi)(zhi)；在(zai)(zai)取(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)區(qu)2取(qu)(qu)試樣(yang)(yang)(yang)2,用(yong)以觀察(cha)取(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)管(guan)表面裂(lie)紋、裂(lie)紋內(nei)腐蝕產物化(hua)學成(cheng)分(fen)(fen)和(he)(he)(he)(he)金(jin)相(xiang)(xiang)組織(zhi)(zhi)；在(zai)(zai)取(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)區(qu)3取(qu)(qu)試樣(yang)(yang)(yang)3,用(yong)以觀測(ce)取(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)管(guan)縱截(jie)面的裂(lie)紋和(he)(he)(he)(he)金(jin)相(xiang)(xiang)組織(zhi)(zhi)。同時(shi)，在(zai)(zai)出氣(qi)管(guan)的取(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)區(qu)4、5取(qu)(qu)試樣(yang)(yang)(yang)4和(he)(he)(he)(he)試樣(yang)(yang)(yang)5,分(fen)(fen)別觀測(ce)橫、縱截(jie)面裂(lie)紋和(he)(he)(he)(he)金(jin)相(xiang)(xiang)組織(zhi)(zhi)。
試樣1: 經過打磨、拋光、王水腐蝕，在試樣1橫截面中發現一條穿透性裂紋及其他細小裂紋。裂紋呈樹枝狀，分叉較多，沿橫截面從管外壁向內發展，具有典型不銹鋼(gang)應(ying)力腐(fu)蝕形貌，如圖7-5所示。組織為單相奧氏體，有孿晶分布，晶粒均勻，符合321不銹鋼固溶處理的組織要求，但觀察到一些顆粒較大的夾雜物，如圖7-6所示。
試(shi)樣2: 顯微鏡(jing)下(xia)觀(guan)察(cha)(cha)到換熱(re)管(guan)表(biao)面裂紋平行于軸向擴展(zhan)，有(you)主干和分(fen)支(zhi)之分(fen)，為(wei)明(ming)顯的(de)(de)穿晶(jing)型(xing)裂紋。金相組(zu)織為(wei)單(dan)相奧氏(shi)體，有(you)孿晶(jing)分(fen)布(bu)，晶(jing)粒較(jiao)均(jun)勻，符合321不銹(xiu)鋼(gang)固溶(rong)處理(li)的(de)(de)組(zu)織要求。同時，也觀(guan)察(cha)(cha)到一些顆粒較(jiao)大的(de)(de)夾雜物，如圖7-7所示。
試(shi)(shi)樣(yang)3~5: 顯微鏡下，試(shi)(shi)樣(yang)3(進氣(qi)管(guan)縱截面）以及(ji)試(shi)(shi)樣(yang)4、5(出氣(qi)管(guan)縱、橫截面）均未發現(xian)裂紋。金相(xiang)組織為(wei)單相(xiang)奧氏體(ti)，有孿(luan)晶分布，晶粒較均勻，符(fu)合(he)321不銹(xiu)鋼固溶(rong)處理(li)的組織要求，如圖7-8和圖7-9。在試(shi)(shi)樣(yang)3顯微組織中發現(xian)有TiN夾雜物，但(dan)量很少，屬正常現(xian)象(xiang)。
5. 裂紋縫隙內雜質成(cheng)分分析
為了(le)分析裂(lie)(lie)紋縫(feng)隙內腐蝕產(chan)物的(de)化學成(cheng)分，取試(shi)樣(yang)2外壁裂(lie)(lie)紋區域進(jin)行(xing)了(le)電子探針(zhen)檢測。掃描區域的(de)顯微形貌見(jian)圖7-10(a),裂(lie)(lie)紋有主(zhu)次(ci)之分，并平行(xing)于軸向(xiang)發展(zhan)。掃描波(bo)(bo)譜結果見(jian)圖7-10(b),表7-4列出了(le)裂(lie)(lie)紋內腐蝕產(chan)物部分成(cheng)分的(de)半定量分析結果。在檢測中(zhong)發現，腐蝕產(chan)物的(de)主(zhu)要金屬成(cheng)分為鐵(tie)和鉻,非金屬元素為氯、硫(liu)和氧，在波(bo)(bo)譜上能(neng)看到明顯的(de)Cl峰(feng)和S峰(feng)，說明該廢鍋的(de)運行(xing)環(huan)境(jing)中(zhong)殼程介質含有的(de)氯、硫(liu)可(ke)(ke)能(neng)是(shi)介質中(zhong)的(de)也可(ke)(ke)能(neng)是(shi)材質本身的(de)。
6. 管壁附(fu)著(zhu)物(wu)的化學(xue)成(cheng)分分析
為(wei)了確定換熱(re)管(guan)內壁黑色附著物的(de)成分，在附著物較厚(hou)處(chu)取下一(yi)些樣品。為(wei)全面分析(xi)附著物的(de)化學成分，采(cai)用(yong)電感耦合等離子體－發射(she)光譜(pu)法(fa)檢測(ce)金屬元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)、元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)分析(xi)法(fa)檢測(ce)碳和(he)硫(liu)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)、離子色譜(pu)法(fa)檢測(ce)氯(lv)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)。檢測(ce)結(jie)果顯示，主要金屬元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)是(shi)鐵,質量分數(shu)為(wei)30%,另外(wai)還有少量的(de)鎳、砷、氯(lv)等；非(fei)金屬硫(liu)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)的(de)含量非(fei)常高，達到34%,當硫(liu)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)以(yi)濕硫(liu)化氫存在時，也會引起奧氏體不銹鋼應(ying)力腐蝕(shi)。
7. 廢熱鍋爐進出水(shui)水(shui)質分析(xi)
為了分析廢熱鍋爐管束失效的原因，需對其所使用水的水質和操作情況進行調查。根據公司檢測中心的分析結果，廢熱鍋爐進水中氯離子含量是4.08mg/kg,排污水中的氯離子含量未進行檢測；水煤氣冷凝液中氯離子(zi)含量為14.53mg/kg,見表7-5.廢熱鍋爐連排水、間排水以及水煤氣出口冷凝水樣檢測分析結果見表7-6。從檢驗結果來看，取樣水中的氯(lv)離子元素含量較少，說明在生產中鍋爐用水軟化處理的質量較高。
通過以上(shang)綜合分析可(ke)以判斷，不銹(xiu)鋼管(guan)子(zi)(zi)(zi)的(de)裂紋是由應力腐蝕(shi)引起(qi)的(de)。管(guan)子(zi)(zi)(zi)脹(zhang)接后會產生殘余應力，管(guan)板和管(guan)子(zi)(zi)(zi)焊接后也會產生殘余應力。很(hen)多文獻已經證明(ming)脹(zhang)接和焊接殘余應力的(de)存在(zai)(zai)。在(zai)(zai)設備檢修(xiu)時，換熱管(guan)貼脹(zhang)部位的(de)管(guan)子(zi)(zi)(zi)在(zai)(zai)去除強度焊焊縫后很(hen)容易從管(guan)板中取(qu)出，說(shuo)明(ming)管(guan)子(zi)(zi)(zi)與管(guan)板之間存在(zai)(zai)微小的(de)縫隙。介質中微量的(de)氯離(li)子(zi)(zi)(zi)可(ke)以在(zai)(zai)縫隙內濃縮，使其濃度升高。
三、最小(xiao)脹(zhang)緊壓(ya)力(li)計算
管(guan)(guan)(guan)子和(he)管(guan)(guan)(guan)板(ban)之間貼(tie)脹(zhang)(zhang)(zhang)是否(fou)緊密主要取(qu)決(jue)于脹(zhang)(zhang)(zhang)接壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)的(de)大(da)(da)小。貼(tie)脹(zhang)(zhang)(zhang)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)過(guo)(guo)小，換熱管(guan)(guan)(guan)和(he)管(guan)(guan)(guan)板(ban)孔(kong)間會存在縫隙(xi)；脹(zhang)(zhang)(zhang)接壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)過(guo)(guo)大(da)(da)，管(guan)(guan)(guan)板(ban)和(he)管(guan)(guan)(guan)子之間產(chan)生(sheng)較(jiao)大(da)(da)的(de)接觸應力(li)(li)(li)(li)，使(shi)管(guan)(guan)(guan)外壁因受管(guan)(guan)(guan)板(ban)孔(kong)的(de)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)而產(chan)生(sheng)額(e)外的(de)應力(li)(li)(li)(li)。因此，有(you)必(bi)要對貼(tie)脹(zhang)(zhang)(zhang)的(de)最小壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)進(jin)行討論(lun)。下(xia)面通過(guo)(guo)理(li)論(lun)計算和(he)有(you)限(xian)元數值模擬來分析本失效案例中所需(xu)的(de)最小貼(tie)脹(zhang)(zhang)(zhang)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)。
1. 換熱管力(li)學性(xing)能(neng)測試
為獲得準確的(de)(de)換熱管材(cai)(cai)料(liao)特(te)性，特(te)從廢熱鍋爐制(zhi)造廠家獲取管材(cai)(cai)，采用萬能拉伸(shen)試(shi)(shi)驗(yan)設(she)備進行材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)拉伸(shen)試(shi)(shi)驗(yan)。材(cai)(cai)料(liao)試(shi)(shi)樣的(de)(de)制(zhi)造及拉伸(shen)試(shi)(shi)驗(yan)過(guo)程按照GB/T228.1-2010《金(jin)屬材(cai)(cai)料(liao)拉伸(shen)試(shi)(shi)驗(yan)第1部分；室溫試(shi)(shi)驗(yan)方法》標準進行試(shi)(shi)驗(yan)。試(shi)(shi)樣圖(tu)(tu)紙以及加工試(shi)(shi)樣如圖(tu)(tu)7-11所示，拉伸(shen)試(shi)(shi)驗(yan)的(de)(de)應力－應變曲線如圖(tu)(tu)7-12所示。
2. 脹接力的理論計算
液(ye)壓脹(zhang)接(jie)(jie)是一種(zhong)柔性脹(zhang)接(jie)(jie)技(ji)術，壓力均勻地作用于不銹鋼管子內(nei)壁，管子的變形在幾秒鐘內(nei)完成(cheng)。由于管子沒(mei)有受到反(fan)復碾壓，這(zhe)種(zhong)脹(zhang)接(jie)(jie)過程(cheng)難以(yi)(yi)達到對管子與(yu)管板之問粗糙(cao)表(biao)而(er)的“填平(ping)”效果。為保證脹(zhang)接(jie)(jie)質量，管板孔的加工粗糙(cao)度應(ying)控制(zhi)在Ra6.3μm以(yi)(yi)內(nei)。
根(gen)據液壓脹(zhang)管機(ji)廠家提(ti)供的資料，可按下列方法計算脹(zhang)接(jie)力：
不銹鋼換熱管和管板之間采用貼脹時，可根據式（7-2)計算所需脹接力。從式（7-2)可以看出，脹接力與脹接件的尺寸和材料的屈服強度密切相關。換熱管材料321不銹鋼的保證屈服強度ReLt ≥205MPa;從廠家提供的“壓力容器產品主要受壓元件使用材料一覽表”中查得，換熱管材料ReLt的供應值是240MPa,廠家復驗值為297MPa,本次分析的試驗值為292MPa。
在(zai)實際的(de)(de)制(zhi)造(zao)(zao)中，管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)板孔(kong)徑(jing)(jing)D和(he)(he)換(huan)熱(re)(re)(re)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)(de)壁(bi)厚(hou)(hou)都允(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)許(xu)存在(zai)偏(pian)(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)。根(gen)據(ju)(ju)(ju)換(huan)熱(re)(re)(re)器制(zhi)造(zao)(zao)相(xiang)關標(biao)準(zhun)的(de)(de)規定，一級(ji)(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)束管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)板孔(kong)直徑(jing)(jing)是625.25mm時，允(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)許(xu)偏(pian)(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)為0~+0.15.根(gen)據(ju)(ju)(ju)GB/T 17395-2008《無(wu)縫(feng)鋼管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)尺(chi)寸(cun)、外(wai)形、重量及允(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)許(xu)偏(pian)(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)》標(biao)準(zhun)的(de)(de)規定、管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)子(zi)(zi)(zi)外(wai)徑(jing)(jing)偏(pian)(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)分為標(biao)準(zhun)化(hua)(hua)外(wai)徑(jing)(jing)允(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)許(xu)偏(pian)(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)四級(ji)(ji)(ji)(ji)和(he)(he)非標(biao)準(zhun)化(hua)(hua)外(wai)徑(jing)(jing)允(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)許(xu)偏(pian)(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)四級(ji)(ji)(ji)(ji)。根(gen)據(ju)(ju)(ju)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)孔(kong)公(gong)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)，能與管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)板孔(kong)配(pei)(pei)合的(de)(de)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)子(zi)(zi)(zi)公(gong)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)范圍為D4級(ji)(ji)(ji)(ji)士(shi)(shi)0.10、ND4級(ji)(ji)(ji)(ji)士(shi)(shi)0.20兩種(zhong)。由于管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)板孔(kong)直徑(jing)(jing)和(he)(he)換(huan)熱(re)(re)(re)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)外(wai)徑(jing)(jing)和(he)(he)壁(bi)厚(hou)(hou)制(zhi)造(zao)(zao)尺(chi)寸(cun)偏(pian)(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)的(de)(de)存在(zai)，會(hui)影響換(huan)熱(re)(re)(re)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)和(he)(he)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)板孔(kong)之間空隙的(de)(de)大(da)(da)小(xiao)。在(zai)不考慮(lv)(lv)偏(pian)(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)時，換(huan)熱(re)(re)(re)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)和(he)(he)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)板孔(kong)之間間隙為Δr=0.125mm;考慮(lv)(lv)偏(pian)(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)時，即對D4級(ji)(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)子(zi)(zi)(zi)和(he)(he)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)板孔(kong)配(pei)(pei)合的(de)(de)最(zui)大(da)(da)間隙為Δrmax=0.250mm,最(zui)小(xiao)間隙為Δrmin=0.075mm;對ND4級(ji)(ji)(ji)(ji)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)子(zi)(zi)(zi)和(he)(he)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)板孔(kong)配(pei)(pei)合的(de)(de)最(zui)大(da)(da)間隙為Δrmax=0.300mm,最(zui)小(xiao)間隙為Δrmin=0.025mm.根(gen)據(ju)(ju)(ju)GB/T 17395-2008《無(wu)縫(feng)鋼管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)尺(chi)寸(cun)、外(wai)形、重量及允(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)許(xu)偏(pian)(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)》標(biao)準(zhun)的(de)(de)規定，管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)子(zi)(zi)(zi)壁(bi)厚(hou)(hou)偏(pian)(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)分為標(biao)準(zhun)化(hua)(hua)壁(bi)厚(hou)(hou)允(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)許(xu)偏(pian)(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)九級(ji)(ji)(ji)(ji)（含亞級(ji)(ji)(ji)(ji)）和(he)(he)非標(biao)準(zhun)化(hua)(hua)壁(bi)厚(hou)(hou)允(yun)(yun)(yun)(yun)(yun)許(xu)偏(pian)(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)四級(ji)(ji)(ji)(ji)。按換(huan)熱(re)(re)(re)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)強(qiang)度(du)要求，可供選擇(ze)的(de)(de)換(huan)熱(re)(re)(re)管(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)壁(bi)厚(hou)(hou)偏(pian)(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)有(you)：S3A級(ji)(ji)(ji)(ji)±0.20、S4A級(ji)(ji)(ji)(ji)±0.15、S5級(ji)(ji)(ji)(ji)±0.10、NS1級(ji)(ji)(ji)(ji)－0.25~+0.30、NS2級(ji)(ji)(ji)(ji)＋0.30~-0.20、NS3級(ji)(ji)(ji)(ji)＋0.25~-0.20、NS4級(ji)(ji)(ji)(ji)－0.15~+0.25.表7-7列出(chu)了兩種(zhong)公(gong)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)配(pei)(pei)合下，NS3級(ji)(ji)(ji)(ji)－0.20~+0.25的(de)(de)壁(bi)厚(hou)(hou)偏(pian)(pian)(pian)(pian)差(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)(cha)下，根(gen)據(ju)(ju)(ju)式（7-2)計(ji)算出(chu)的(de)(de)脹接力Pmin的(de)(de)數(shu)值。
從表7-7來看，Δr=0.125mm時(shi)，ReLt＝205MPa 計算出的(de)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)力為(wei)142MPa，ReLt＝292MPa時(shi)的(de)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)力為(wei)202MPa,兩者差距(ju)較大。在脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)件的(de)尺寸(cun)確(que)定的(de)條件下，脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)力Pmin，隨(sui)屈服強度的(de)增(zeng)加(jia)而增(zeng)大；在同一屈服強度下，脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)力隨(sui)著管板之間空(kong)隙的(de)減小而增(zeng)大，這顯然是與實(shi)際情況不符的(de)。這說明武（7-2)沒有(you)考(kao)慮脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)件的(de)尺寸(cun)偏(pian)差，因此在使用式（7-2)時(shi)不能把尺寸(cun)偏(pian)差帶(dai)入其中。
不考慮尺寸偏差，管板的Rep=370MPa時，換熱管不同屈服強度下根據式(shi)（7-3)計算出的最(zui)大脹接力(li)P max見(jian)表7-8。
貼脹時，脹接力取Pmin，但是Pmin是使換熱管和管板開始產生殘余應力的最小脹接力，在實際脹接中脹接力的取值要大于Pmin;對密封要求高的強度脹接，脹接力取最大值Pmax。
脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)件的(de)(de)加(jia)工尺(chi)寸(cun)偏差(cha)除了(le)影響脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)力的(de)(de)大(da)(da)(da)小，還(huan)直接(jie)(jie)(jie)影響液(ye)(ye)袋式(shi)液(ye)(ye)壓脹(zhang)(zhang)管(guan)成本。在(zai)超高壓的(de)(de)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓力作(zuo)用(yong)下，管(guan)子(zi)向(xiang)(xiang)外(wai)膨脹(zhang)(zhang)，間(jian)隙越大(da)(da)(da)，管(guan)子(zi)的(de)(de)形變(bian)越大(da)(da)(da)，因而液(ye)(ye)袋脹(zhang)(zhang)頭(tou)與(yu)管(guan)子(zi)內壁之間(jian)的(de)(de)間(jian)隙將(jiang)隨(sui)著(zhu)尺(chi)寸(cun)偏差(cha)加(jia)大(da)(da)(da)而增(zeng)大(da)(da)(da)。液(ye)(ye)袋在(zai)超高壓作(zuo)用(yong)下，具有向(xiang)(xiang)間(jian)隙中流動的(de)(de)趨勢，使液(ye)(ye)袋受到損傷(shang)。在(zai)同(tong)樣的(de)(de)脹(zhang)(zhang)接(jie)(jie)(jie)壓力下，脹(zhang)(zhang)頭(tou)頭(tou)部(bu)的(de)(de)尺(chi)寸(cun)與(yu)管(guan)子(zi)變(bian)形后(hou)的(de)(de)間(jian)隙越大(da)(da)(da)，液(ye)(ye)袋越易損壞，這種損傷(shang)隨(sui)著(zhu)間(jian)隙的(de)(de)增(zeng)大(da)(da)(da)成幾何級數(shu)加(jia)劇。
3. 脹接壓力有限元分(fen)析
為了(le)解在多大的(de)(de)(de)脹(zhang)(zhang)接(jie)力(li)下換(huan)熱(re)管(guan)(guan)和(he)(he)管(guan)(guan)板(ban)(ban)能(neng)有(you)效貼(tie)合，現(xian)對換(huan)熱(re)管(guan)(guan)-管(guan)(guan)板(ban)(ban)焊脹(zhang)(zhang)連(lian)接(jie)處(chu)進行有(you)限元分析。根據脹(zhang)(zhang)管(guan)(guan)和(he)(he)管(guan)(guan)板(ban)(ban)的(de)(de)(de)實際尺寸建立模型(xing)圖，施加不同的(de)(de)(de)脹(zhang)(zhang)接(jie)力(li)，觀(guan)察脹(zhang)(zhang)接(jie)效果。在分析時(shi)，考慮7.3.2節(jie)分析的(de)(de)(de)制造尺寸偏差情況(kuang)和(he)(he)材料的(de)(de)(de)力(li)學性能(neng)對脹(zhang)(zhang)接(jie)力(li)的(de)(de)(de)影響。
A. 基本(ben)參(can)數
換(huan)(huan)熱(re)管(guan)(guan)的(de)規格為Φ25mm×2mm,換(huan)(huan)熱(re)管(guan)(guan)在(zai)管(guan)(guan)板上以等邊三角形的(de)形狀排列，孔(kong)中心距為32mm,管(guan)(guan)板孔(kong)徑為25.25mm+0.15mm.換(huan)(huan)熱(re)管(guan)(guan)和管(guan)(guan)板的(de)連(lian)接方式采用(yong)強度焊(han)＋液壓脹，脹接力為142MPa.管(guan)(guan)程工作(zuo)壓力為6.28MPa;換(huan)(huan)熱(re)管(guan)(guan)的(de)一(yi)端伸出(chu)堆焊(han)層的(de)長(chang)度為2.5mm,脹接從距離換(huan)(huan)熱(re)管(guan)(guan)口17.5mm處開始(shi)脹接部(bu)分共長(chang)268mm,管(guan)(guan)板與換(huan)(huan)熱(re)管(guan)(guan)連(lian)接的(de)結構(gou)(gou)圖(tu)(tu)如(ru)圖(tu)(tu)7-13所示，根據實(shi)際結構(gou)(gou)尺寸簡畫出(chu)的(de)幾何圖(tu)(tu)如(ru)圖(tu)(tu)7-14所示。
B. 有限(xian)元模型
總(zong)體坐標(biao)采用柱坐標(biao)系，以換熱管軸線為Z軸，徑向為R,建立二(er)維(wei)模(mo)型(xing)。管(guan)板和換熱管(guan)均采用軸對稱 plane182單(dan)(dan)元，TARGE169目標面單(dan)(dan)元和CONTA172接觸面(mian)單元建(jian)立換熱管與管板間的柔性面(mian)－面(mian)接觸對，網格采(cai)用四面體網格，整個模型的單元總數為10650個。在建立模型的過程中，根據7.3.2節分析的間隙值情況，考慮四種管孔與管子外徑間隙值：對管子D4級±0.10,最大間隙為Δrmax=0.250mm,最小間隙為Δr min=0.075mm;對管子ND4級±0.20,最大間隙為Δrmax=0.300mm,最小間隙為Δrmin＝0.025mm;不考慮制造尺寸偏差時的Δr=0.125mm.不考慮尺寸偏差時的模型圖和網格的劃分如圖7-15。
采用貼脹(zhang)(zhang)(zhang)時，換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)管(guan)(guan)在(zai)(zai)(zai)脹(zhang)(zhang)(zhang)接過程(cheng)中會發(fa)生(sheng)微小的(de)(de)(de)(de)塑性(xing)(xing)(xing)形(xing)變(bian)，管(guan)(guan)板只產生(sheng)彈(dan)性(xing)(xing)(xing)形(xing)變(bian)。因此，在(zai)(zai)(zai)ANSYS分析過程(cheng)中，采用塑性(xing)(xing)(xing)模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)中隨(sui)動強化Mises率不(bu)(bu)相關的(de)(de)(de)(de)多線性(xing)(xing)(xing)模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)作(zuo)為換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)材料本構關系模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)，數(shu)據取自321不(bu)(bu)銹(xiu)鋼實(shi)測應力-應變(bian)曲(qu)線；管(guan)(guan)板采用各向同性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)彈(dan)性(xing)(xing)(xing)模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)。脹(zhang)(zhang)(zhang)接過程(cheng)是在(zai)(zai)(zai)換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)內表(biao)(biao)面施加不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)(de)壓力值，使(shi)傳(chuan)熱(re)(re)(re)管(guan)(guan)發(fa)生(sheng)塑性(xing)(xing)(xing)變(bian)形(xing)而(er)管(guan)(guan)板發(fa)生(sheng)彈(dan)性(xing)(xing)(xing)變(bian)形(xing)，卸掉載荷(he)后管(guan)(guan)板緊緊地(di)壓緊傳(chuan)熱(re)(re)(re)管(guan)(guan)，達到(dao)連接的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)。根據模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)的(de)(de)(de)(de)對稱性(xing)(xing)(xing)，管(guan)(guan)板的(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)面是固定(ding)不(bu)(bu)動的(de)(de)(de)(de)，在(zai)(zai)(zai)模(mo)(mo)(mo)(mo)型(xing)中設(she)置為完全(quan)約束(shu)。換(huan)(huan)熱(re)(re)(re)管(guan)(guan)在(zai)(zai)(zai)脹(zhang)(zhang)(zhang)接的(de)(de)(de)(de)過程(cheng)中軸是沒(mei)有位移的(de)(de)(de)(de)，所以在(zai)(zai)(zai)傳(chuan)熱(re)(re)(re)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)軸向設(she)定(ding)約束(shu)。
C. 脹接過程模擬
通過(guo)載(zai)(zai)荷(he)增(zeng)量法將(jiang)脹(zhang)接(jie)(jie)壓力(li)(li)施加到(dao)(dao)管子(zi)內表(biao)面施脹(zhang)部位的單(dan)元上，并分三(san)個(ge)(ge)階段(duan)模擬脹(zhang)接(jie)(jie)過(guo)程(cheng)：第(di)一階段(duan)為(wei)(wei)脹(zhang)接(jie)(jie)壓力(li)(li)由零增(zeng)加至規定(ding)的壓力(li)(li)，即脹(zhang)接(jie)(jie)壓力(li)(li)加載(zai)(zai)段(duan)；第(di)二階段(duan)為(wei)(wei)脹(zhang)接(jie)(jie)力(li)(li)停留(liu)一段(duan)時(shi)間；第(di)三(san)階段(duan)為(wei)(wei)脹(zhang)接(jie)(jie)壓力(li)(li)由規定(ding)值(zhi)減少至零，即脹(zhang)接(jie)(jie)壓力(li)(li)卸載(zai)(zai)段(duan)。考慮到(dao)(dao)接(jie)(jie)觸和材料(liao)非線性(xing)的計算(suan)(suan)收斂速(su)度(du)(du)和計算(suan)(suan)精度(du)(du)，每個(ge)(ge)階段(duan)劃分為(wei)(wei)幾個(ge)(ge)載(zai)(zai)荷(he)步(bu)，每個(ge)(ge)載(zai)(zai)荷(he)步(bu)中增(zeng)加若干(gan)個(ge)(ge)子(zi)載(zai)(zai)荷(he)步(bu)。為(wei)(wei)提(ti)高求解(jie)過(guo)程(cheng)的收斂速(su)度(du)(du)。使用完全的Newton-Raphson迭代，以保證每次(ci)平衡(heng)迭代使用正切(qie)剛度(du)(du)矩陣，使用線性(xing)搜索使計算(suan)(suan)穩定(ding)化。整個(ge)(ge)脹(zhang)接(jie)(jie)過(guo)程(cheng)所用時(shi)間為(wei)(wei)2~3s.
D. 模擬結果及分析
有限元模擬時，分別考慮制造尺寸偏差和材料力學性能的影響。首先，在ReLt=292MPa時，計算間隙為0.125mm、0.325mm和0.05mm時所需的貼合脹接力；其次，分析ReLt為292MPa和205MPa時的脹接力。
①. ReLt=292MPa時。
a. 無制(zhi)造尺(chi)寸偏差、間隙Δr=0.125mm時，換熱管(guan)(guan)(guan)的規(gui)格為Φ25mm×2mm,管(guan)(guan)(guan)板(ban)孔徑為25.25mm,模(mo)型如(ru)圖(tu)7-15所示。分析(xi)時，選取脹管(guan)(guan)(guan)中(zhong)間位置(zhi)換熱管(guan)(guan)(guan)外(wai)壁的單元A進行有限元分析(xi)，位置(zhi)如(ru)圖(tu) 7-16。
分別施加100MPa、142MPa、180MPa、210MPa、240MPa等的(de)脹(zhang)接(jie)力，經過(guo)多(duo)次計(ji)算發現，在230MPa時單元A沿(yan)R方向的(de)絕對位移(yi)量u=0.125005，如圖(tu)7-17所(suo)示(shi)。表(biao)明此時換熱管(guan)和管(guan)板能有效(xiao)貼合。
b. 考慮制造尺寸偏差、間隙Δrmax=0.325mm時，當考慮管板的上偏差十0.15和換熱管下偏差－0.25時，最大間隙為0.325mm,換熱管壁厚1.75mm,模型如圖7-18.分析方法同Δr=0.125mm時的分析方法，經過多個脹接力的計算，在240MPa時單元A沿R方向的絕對位移量u=0.325002,如圖7-19所示。
c. 考慮制造尺寸偏差，間隙Δrmin=0.05mm時，當考慮管板的上偏差＋0.15和換熱管最大上偏差＋0.25時，最小間隙為0.05mm,換熱管壁厚為2.125mm,模型如圖7-20所示。經過多個脹接力的計算，在195MPa時，單元A沿R方向的絕對位移量u=0.05001,如圖7-21所示。
從模擬結果看出(chu)，間(jian)隙越(yue)大，需要的(de)(de)脹接力(li)越(yue)大，0.05~0.325mm的(de)(de)間(jian)隙在(zai)142MPa的(de)(de)脹接力(li)下不能保證換熱管(guan)和管(guan)板之間(jian)緊密(mi)貼合。
②. 為了解材料力學性能對脹接力的影響，在相同的間隙Δr=0.125mm的情況下取ReLt=205MPa和ReLt=292MPa,對脹接力進行分析。ReLt=292MPa的脹接力為230MPa,下面對ReLt=205MPa的脹接力進行分析，模型圖如圖7-22所示。分析方法同上，結果表明脹接力在180MPa時，單元A沿R方向的絕對位移量 υ=0.125002，換熱管和管板能有效貼合，結果見圖 7-23。
結(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)表明，換熱管屈服強度大(da)時(shi)(shi)(shi)所需的脹接力也大(da)。模(mo)(mo)擬(ni)的結(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)與式（7-2)計算結(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)比較：不考慮偏差(cha)時(shi)(shi)(shi)大(da)約相(xiang)等；間隙(xi)大(da)時(shi)(shi)(shi)，模(mo)(mo)擬(ni)結(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)比計算結(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)大(da)；間隙(xi)小(xiao)時(shi)(shi)(shi)，模(mo)(mo)擬(ni)結(jie)(jie)(jie)果(guo)(guo)比計算值小(xiao)。
E. 換熱管脹接后(hou)殘余(yu)應(ying)力
經過脹(zhang)接后換熱(re)管(guan)(guan)發生微小的塑性形變，管(guan)(guan)壁各處會存在(zai)殘(can)余脹(zhang)接應力，在(zai)管(guan)(guan)外壁取一單元分析其等效殘(can)余應力情況，不同情況下等效殘(can)余應力隨時間的變化結(jie)果如圖7-24所示。
分析發現、換(huan)熱管外(wai)壁的等效殘余(yu)應力處在20~40MPa之間。
四、分析結(jie)果(guo)討論(lun)
不銹鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)子(zi)(zi)(zi)的(de)應(ying)力(li)腐蝕由拉應(ying)力(li)和腐蝕介質共同引起(qi)(qi)。裂紋(wen)起(qi)(qi)源于管(guan)(guan)(guan)(guan)子(zi)(zi)(zi)外表面，并穿(chuan)透壁面引起(qi)(qi)泄漏(lou)。通過公式(shi)計算和有限元分析(xi)發現，管(guan)(guan)(guan)(guan)子(zi)(zi)(zi)和管(guan)(guan)(guan)(guan)板所需的(de)最小脹(zhang)接(jie)壓(ya)力(li)約為(wei)200MPa。在(zai)(zai)142MPa脹(zhang)接(jie)壓(ya)力(li)下，管(guan)(guan)(guan)(guan)子(zi)(zi)(zi)和管(guan)(guan)(guan)(guan)板之間貼合不緊密，存在(zai)(zai)縫隙(xi)。一旦換熱(re)管(guan)(guan)(guan)(guan)與換熱(re)管(guan)(guan)(guan)(guan)孔之間現間隙(xi)，就為(wei)氯(lv)離(li)子(zi)(zi)(zi)的(de)富集(ji)創造了(le)條件。
首先(xian)，攜帶微量氯(lv)(lv)離子的(de)高溫鍋爐進(jin)入縫(feng)隙(xi)(xi)(xi)，水在(zai)縫(feng)隙(xi)(xi)(xi)內(nei)變成(cheng)蒸汽后排出。由于縫(feng)隙(xi)(xi)(xi)內(nei)流體緩(huan)慢，進(jin)入縫(feng)隙(xi)(xi)(xi)內(nei)的(de)氯(lv)(lv)離子因擴散系數變小而不易排出，特別是在(zai)近壁面，氯(lv)(lv)離子擴散系數很小，氯(lv)(lv)離子將在(zai)壁面沉積，如圖7-25所示。
其次，狹長的縫隙容易造成縫隙腐蝕，縫隙內陽極反應是金屬的溶解反應M→M++e,陰極的還原反應是O2+2H2O+4e→4OH-,縫隙內溶液中的O2逐漸消耗，且不能及時補充，使陰極反應逐漸終止。縫隙內的陽極反應主要依靠縫隙外表的陰極反應來平衡，形成“大陰極”和“小陽極”。為了保持電荷平衡，氯離子向縫隙內遷移。隨著遷移的進行，縫隙內氯離子濃度逐漸升高，越接近縫隙底部濃度越高。縫隙內氯離子濃度增加的同時，會使溶液的pH值降低，增加了不銹鋼換熱管應力腐蝕開裂的風險。
在高(gao)溫環境(jing)中，少量的氯離子就能引起(qi)奧(ao)氏體不銹鋼應力腐蝕。試驗表(biao)明，溫度在94~268℃時，CI-濃度大于11mg/kg時，應力腐蝕敏感性為高度。
五、分析結論
①. 通過對(dui)換(huan)(huan)熱管(guan)的化學成(cheng)分分析，說(shuo)明材料是0Cr18Ni10Ti,滿足(zu)GB/T13296-2007《鍋(guo)爐、熱交換(huan)(huan)器用(yong)不銹鋼(gang)無(wu)縫鋼(gang)管(guan)》標準(zhun)規定要求，鎳成(cheng)分稍偏低(di)，可(ke)能(neng)(neng)會降低(di)耐蝕性能(neng)(neng)，但該換(huan)(huan)熱管(guan)表(biao)面沒(mei)有發(fa)生均勻腐蝕，而只是個別區(qu)域出現了裂紋(wen)，說(shuo)明鎳成(cheng)分偏低(di)和裂紋(wen)沒(mei)有直接關系(xi)。
②. 通過電子探針和顯微鏡對(dui)裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)的(de)(de)觀察，可看(kan)出裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)源存在于(yu)換熱(re)管(guan)的(de)(de)外表面（點(dian)蝕），并平行于(yu)軸向(xiang)(xiang)(xiang)和管(guan)徑向(xiang)(xiang)(xiang)發(fa)展(zhan)；裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)的(de)(de)一個(ge)（或多個(ge)）分支在沿徑向(xiang)(xiang)(xiang)發(fa)展(zhan)時遇到材料基體中的(de)(de)缺陷，加劇了腐(fu)蝕的(de)(de)程度，繼(ji)續(xu)向(xiang)(xiang)(xiang)前發(fa)展(zhan)成為穿(chuan)透性裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)，引起管(guan)內(nei)介質泄漏。兩種(zhong)觀測方法的(de)(de)結(jie)果都顯示，裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)具有典型的(de)(de)應力腐(fu)蝕形貌。
③. 電子探針(zhen)的(de)掃描(miao)結果顯示，裂(lie)紋縫隙的(de)腐蝕(shi)產物中含氯(lv)、硫和氧(yang)元素(su)，表(biao)明殼(ke)程廢(fei)鍋水(shui)中含有氯(lv)離(li)子,為換(huan)熱管的(de)應力腐蝕(shi)創造(zao)了腐蝕(shi)介質環境。
④. 管(guan)束(shu)內(nei)壁黑色附(fu)著(zhu)物中的S元(yuan)素含(han)量較(jiao)高，來源于原(yuan)料煤；鐵和鎳是水煤氣(qi)介(jie)質(zhi)(zhi)腐蝕(shi)設備(bei)形成(cheng)的。這(zhe)種換(huan)熱管(guan)的失效與(yu)管(guan)內(nei)的介(jie)質(zhi)(zhi)無關。
⑤. 在使(shi)用脹接力計算式（7-2)時(shi)注(zhu)意兩點(dian)：
a. 不用考(kao)慮尺寸(cun)偏(pian)差。
b. 使用材料實測屈服應力值。Pmin是使換熱管和管板開始產生殘余應力的最小脹接力，因此為保證密封性，實際脹接力在Pmin和Pmax平均值上下較好。
根據換(huan)熱管和(he)(he)管板材料性質確定(ding)不準確或尺寸偏(pian)差(cha)較大的(de)換(huan)熱器，建議先進行脹接工(gong)藝試驗，以獲得脹接的(de)可靠性。為了降低脹接成本，應選用尺寸精(jing)度等級(ji)較高的(de)換(huan)熱管，盡量減(jian)小管子和(he)(he)管板之間的(de)間隙。
⑥. 有(you)限元模擬(ni)和理論(lun)計(ji)算結果(guo)都顯(xian)示，142MPa的脹(zhang)接力(li)不能(neng)滿足換熱管和管板密封要求(qiu)。
通過以上分析，可以判定設備泄漏的原因是換熱管和管板之間存在縫隙，殼程介質中含有氯離子，氯離(li)子(zi)在縫隙內富集引起不銹鋼換熱管應力腐蝕開裂。
六、建議
①. 應嚴格控制耐壓試(shi)驗用水(shui)和(he)生產用水(shui)中氯離子(zi)和(he)硫(liu)的(de)含量，定期檢測廢熱鍋爐的(de)進(jin)水(shui)和(he)排污水(shui)中氯離子(zi)和(he)硫(liu)的(de)含量。
②. 盡(jin)量減(jian)少停(ting)(ting)車。裝置停(ting)(ting)車時(shi)，要排凈鍋(guo)爐水(shui)，保(bao)證設備處(chu)在干燥狀態。避免出現干濕交替(ti)狀態。
③. 設備在進行修復時或制造下一臺(tai)設備時，適當增(zeng)加脹(zhang)接力(li)，保(bao)證(zheng)貼脹(zhang)質量(liang)，消除間隙。
④. 對于新造廢熱鍋爐，建議將現用的321不銹鋼更換為2205雙相不銹(xiu)鋼。該類型不銹鋼比18-8型不銹鋼有更強的耐少量氯化物應力腐蝕的能力。
⑤. 建議(yi)修復方案(an)：對新投用廢(fei)鍋的管(guan)子(zi)-管(guan)板連(lian)(lian)接(jie)處進行(xing)補脹；對已泄(xie)漏廢(fei)鍋的管(guan)子(zi)-管(guan)板連(lian)(lian)接(jie)處進行(xing)鉆取管(guan)束(shu)，然(ran)后(hou)將管(guan)束(shu)前移(yi)，重新焊脹。
