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板式換熱器板片腐蝕及橡膠墊老化分析
板式換熱器作為一種緊湊的換熱設備，盡管其發(fā)展已有近百年歷史，且在一些部門（如食品、制藥、氯堿等行業(yè)）有著的應用，但是由于其耐溫、耐壓、耐腐蝕等能力的不足而制約了其應用范圍。我公司某廠離子膜車間蒸發(fā)工段，采用兩臺MB100型板式換熱器并聯(lián)對堿液進行冷卻，換熱器熱流體入口介質是溫度在8 5℃以上的堿液（含少量鹽），出口溫度約為50℃。板片熱交換器材質為304不銹鋼板，壓制成人字形0.6mm厚度波紋板，由具有反向左右的人字溝槽組成迷宮式的流體通道。經(jīng)二年使用，板式換熱器出現(xiàn)滲漏，采取板式換熱器防泄漏措施一個月后不得不停車檢修整體替換。下面簡要分析下該板式換熱器失效的原因。
密封失效
密封墊片材料
可拆式板式換熱器使用時出現(xiàn)泄漏，其原因除板片腐蝕外，密封墊片材料的失效也是個重要因素。主要存在以下方式：①橡膠密封墊片材料在與流體接觸時，當某流體組份滲入橡膠，有時可萃取其中的可溶解物質，導致產(chǎn)生橡膠密封墊片的溶脹；②鹵素的存在和臭氧的作用使密封墊片變軟或使其發(fā)生應力腐蝕開裂。③在某些條件下，特別是在高溫下，彈性材料會分解并釋放出化學物質，而這些物質本身會腐蝕板片材料，比如FPM橡膠會釋放氧。拆卸該板式換熱器后，發(fā)現(xiàn)板片冷流體端表面光亮，局部有少量黑色垢狀物，腐蝕坑數(shù)量較少并未穿透，且腐蝕坑中有黑色沉積物，故可推斷為密封墊片腐蝕存在。
流體壓力
可拆式板式換熱器在額定工作壓力之內(nèi)使用時出現(xiàn)泄漏，除設備在制造裝配方面的質量因素之外，主要與系統(tǒng)中出現(xiàn)的水錘、氣錘非正常沖擊載荷有關，這是使用過程中不易觀察到的現(xiàn)象。沖擊所造成的瞬間壓力峰值往往比正常的工作壓力高出1-3倍，使安裝在板式換熱器中的橡膠密封墊移位，導致密封失效。由于該種設備的傳熱元件，采用不銹鋼薄板制造（厚度為0.5-1.0mm），其密封剛性相對較差且密封周邊很長，所以耐沖擊壓力的能力遠低于管殼式換熱器。板式換熱器的這種非正常沖擊可依據(jù)為其提供輸送介質的設備來判斷，在檢修為該板式換熱器輸送堿液的堿泵時發(fā)現(xiàn)，泵殼存在少量蜂窩，說明泵運行過程中有氣蝕現(xiàn)象；同時因前期板片的周圍存在泄漏的情況，故可推斷流體壓力的變化也是泄漏的一個可能因素。
溫度
溫度的急劇變化也能造成密封失效。當溫度變化過快時，橡膠密封墊的線脹系數(shù)與彈性變形量和密封預緊力不相匹配，使密封預緊力下降，造成設備承壓能力低于額定設計壓力。
從該板式換熱器的工作條件看，溫度對其的影響不大，故可排除。
腐蝕
板式換熱器的腐蝕主要是指板片的腐蝕。板式換熱器大多是由不銹鋼薄板壓制而成，不銹鋼雖有好的耐腐蝕性，但是在鈍化膜被破壞后將使不銹鋼板片產(chǎn)生均勻的或局部的腐蝕。板式換熱器表現(xiàn)出的腐蝕現(xiàn)象大多是Cl-引起的應力腐蝕，常發(fā)生在板片密封槽底部以及有污垢形成后的垢底部位，其主要成因為：①不銹鋼板片由機械冷沖壓而成，不可避免地殘存一定量的表面殘余應力，對于不含鉬元素的不銹鋼薄板，表面殘余應力的消除是很困難的。②板片組裝后形成了多縫隙結構，相鄰板片波紋頂端相互交叉形成大量觸點。在交叉觸點上將存在縫隙，縫隙內(nèi)介質流動不暢，使縫隙內(nèi)外存在氧的濃度差，從而引起縫隙腐蝕。③當板片表面的污垢嚴重時，介質中的腐蝕元素（Cl、S等）可能大量附著于污垢，并在垢底縫隙處富集。④密封槽底中的有害元素往往是粘接劑中的Cl因溫度升高失穩(wěn)析出來的。如氯丁膠系列的粘接劑、壓縮石棉墊（含有CaCl2），往往在水與蒸汽工況條件下，析出的富集Cl－與H＋形成H Cl，使槽底縫隙處發(fā)生嚴重的應力腐蝕開裂。檢查拆開的板片時發(fā)現(xiàn)，熱流體側處大部分板片有裂紋，且未清洗前均有一層厚厚的黑褐色沉積物；在板片熱流體側人字形波紋頂端、相鄰板片人字形波紋頂端的觸點上，均有點狀表面損傷及腐蝕斑點，周圍有黑褐色沉積物。在每一板片上有1～2處發(fā)生穿孔腐蝕，均處在波紋頂端靠近熱流體側的相互交叉觸點上，局部區(qū)域則成腐蝕麻點、麻坑。穿孔腐蝕坑熱流體一側裂口較明顯，多數(shù)腐蝕呈縫隙形狀，大部分已經(jīng)穿透。因此可判斷該板式換熱器的腐蝕情況是多種因素的綜合反應。
分析與討論
根據(jù)上述分析及檢驗結果，該換熱器板片失效主要是腐蝕失效，
換熱器采用三元乙丙膠作為密封墊，由于溫度高加上壓緊力的作用，使墊中的S元素與板片接觸產(chǎn)生某種硫化物，促進了腐蝕的發(fā)生和擴張。
換熱器由眾多板片交替排列、壓緊組合而成，相鄰板片波紋頂端相互交叉形成大量觸點。在交叉觸點上將存在縫隙，縫隙內(nèi)介質不流動或流動不暢，導致縫隙內(nèi)外存在氧的濃度差，從而引起縫隙腐蝕，使縫隙內(nèi)某些區(qū)域優(yōu)先發(fā)生腐蝕溶解，這是其均在觸點處發(fā)生穿孔腐蝕的主要原因。
在堿液中含有少量氯化鈉，使板片縫隙處含有較高濃度的Cl-離子，由于其具有很強的穿透能力，破壞甚至穿透表面鈍化膜，從而使基體金屬直接與介質接觸，引起腐蝕溶解；S元素的存在可能產(chǎn)生某些硫化物，替促進了腐蝕的發(fā)生和擴張。
換熱器人字形波紋板片是經(jīng)沖壓成型的，形變產(chǎn)生的大量馬氏體，并且晶內(nèi)彌散成排析出的細小碳化物，使不銹鋼抗腐蝕能力降低。形變后的殘余應力，加上板片裝配時施加的加緊力，均會在波紋頂端造成較大應力，促進了晶間腐蝕，并產(chǎn)生沿晶擴展為裂紋。
換熱器在操作系統(tǒng)中，受到超過額定載荷的非正常沖擊時，容易產(chǎn)生密封墊的移位而引起泄漏。
板式換熱器的質量及使用壽命很大程度取決于密封墊的質量和使用壽命。對于大對數(shù)的換熱器而言，板片一般不會損壞，而密封墊則容易老化而引起泄漏，所以密封墊的好壞決定了換熱器的好壞和使用壽命。
2019/05/11 08:34:07
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