正常工况下汽侧蒸汽氯离子含量并不高,约I/Lg/L左右。为何汽侧氯离子浓度会大大增加呢?主要原因是水侧介质泄漏到汽侧。原水的压力约0.5~O.6MPa,而蒸汽的压力在0.4MPa左右,水、汽两侧压力存在不平衡,水侧和汽侧通过橡皮圈进行了隔离和密封,由于加热器进口汽温一直高达150℃,进口处密封橡胶老化相对较快,难以避免使水侧的原水进入汽侧。原水的氯离子已经达到8O~ 130mg/I ,在加了混凝剂以及次氯酸钠后,通过加热板的水的氯离子浓度有可能更高。另外,在检查过程中也发现汽侧腐蚀坑和裂纹部位存在白色的钙镁水垢,表明水泄漏进汽侧后,沉积在汽侧进口部位,加剧了应力腐蚀源的产生。尽管水侧氯离子浓度更高,但由于出水温度不超过25℃,没有达到导致316不锈钢发生SCC的临界温度。因此,我们认为应力腐蚀源产生于汽侧。
造成应力腐蚀的应力因素,经分析讨论后认为有以下几方面:① 波纹板经过冷冲压成型后,本身存在残余拉应力。② 波纹板承受一定的压力。③流动介质汽水侧存在压差,因此任何一侧压力的变化都会导致换热器板的振动,使两板接触部位发生直接的碰磨,碰磨痕迹在换热器板上很直观,很有规律地反映出来。因此,我们认为加热器板的机械振动也是造成应力腐蚀断裂的应力因素之一。
一期工程的反渗透系统是1999年补给水系统改造后增设的,换热器采用管式加热结构,加热管的材料是18—8不锈钢管(为1Cr18Ni9Ti),加热的水源同二期一致,汽源也基本相同。单纯从材料化学性能上比较,这种不锈钢比316不锈钢耐氯性能要差,更容易出现腐蚀损坏,但加热设备至今已经运行6~7年了却未发现明显的腐蚀现象,经比较分析后认为,主要是加热器结构形式不同,一期采用了管式的加热器,经历次检查,未发现水侧向汽侧发生泄漏,汽侧温度尽管较高,但氯离子浓度要低得多,水侧氯离子浓度高,但温度较低;另外管与管之间也不存在机械碰擦和摩擦,相对而言,造成应力腐蚀的条件不充分。
从以上分析可以得出:不锈钢换热器损坏的直接原因是氯离子引起的应力腐蚀破裂,汽侧还伴有缝隙腐蚀和点蚀。为此,我们认为应采取以下措施:
(1)杜绝汽水两相介质问的混合:应采取措施阻止原水进入汽侧。如对减压装置进行调整,将蒸汽的压力调整到高于水侧水压,杜绝水进入汽侧。对密封橡胶圈进行检查,及时更换老化的密封圈。当然,对加热器结构形式进行改造,换成管式加热器对防止两相介质混合是最佳的措施。
(2)在加热器制造过程中,板材冲压后,应进行必要的热处理以消除自身的应力。可以考虑选用双相不锈钢代替316不锈钢。
(3)调整换热器板与板之间的间隙,避免板之间的机械碰擦,减少机械振动应力。
(4)定期对加热器汽侧凝结水进行氯离子含量分析查定,掌握加热蒸汽氯离子变化,以便及时处理。同时,杜绝汽水管道中通高硬度的水,防止结垢,造成垢下腐蚀。
(5)优化换热器前加药工艺的设计,如将凝聚剂和次氯酸钠加药点的位置移到加热器后,并在加药点处增加混合器,以保证药剂有充分的时间混合,充分反应,减少加热原水的氯离子含量。