安全分析第37卷第2期
罗俊勇
（乐山市特种设备监督检验所乐山614000）
扌商要：镰覆层下腐蚀（碱腐蚀和碱应力腐蚀开裂）严重影响烧碱装置降膜蒸发器的安全运行。分析一起降膜蒸发器泄漏案例，发现分离器与管板角焊缝碱应力腐蚀破裂的主要原因是铢覆层焊缝存在贯穿性气孔， 认为高浓度碱溶液环境中铢覆层致密性的检查和评价对铢-钢复合板设备安全运行具有重要意义。总结降膜蒸发器管束、管程壳体、焊接接头等部位镖覆层致密性失效导致的腐蚀损伤，提出了重点部位腐蚀检查的技术要求。
关键词：降膜蒸发器铢一钢复合板致密性腐蚀检查
Corrosion Inspection of Falling-film Evaporator in Caustic Soda Units
Luo Junyong
(Leshan Special Equipment Supervision and Inspection Institute Leshan614000) Abstract Corrosion(alkali corrosion and stress corrosion cracking)below nickel cladding metal seriously affects the safe operation of falling-film evaporator in caustic soda units.Through a falling-film evaporator leakage case analysis,the main causes of alkali stress corrosion cracking in the fillet weld connecting the tube plate and the separator was discovered that there are penetrability porosities in nickel cladding metal weld.Nickel cladding metal compactness inspection and assessment is of great significance to safe operation of nickel-steel clad plate eqipment working in high concentration alkali solution.Corrosion damage of falling-film evaporator was summarized that caused by nickel cladding metal compactness failure,the corrosion parts including tube bundle,channel sheel,weld joints etc.The corrosion inspection technique requirements of the important parts are put forward.
Key words Falling-film evaporator Nickel-steel clad plate Compactness Corrosion inspection
中图分类号：X933.4
文章编号：1673-257X（2021）02-0009-04
在氯碱厂蒸发工段，来自电解工段的碱液首先进行预热，然后在蒸发器中除去部分水分，形成液碱产品或固碱生产的半成品。随着技术的进步，大中型的离子膜烧碱蒸发工段较多采用三效逆流降膜生产
工艺。在近年的生产维护和定期检验中，陆续发现一些单位降膜蒸发器存在不同程度的腐蚀。腐蚀损伤破坏了设备的完整性，造成生产连续运行中断.甚至构成严重事故隐患。由于这些腐蚀在初期具有一定的隐蔽性，往往要在损伤比较严重时才能发现，使设备管理处于
作者简介：罗俊勇（1973男.本科，高级工程师.从事锅炉压力容器压力管道检验检测等工作。
通讯作者：罗俊勇,E-mail：*****************。
（收稿E）期：2020-04-19）文献标识码：B
DOI：10.3969/j.issn.1673-257X.2021.02.003
被动地位。本文通过总结降膜蒸发器腐蚀相关案例，分析腐蚀产生的原因，介绍常见腐蚀重点部位和损伤形态，提出相应的腐蚀检查方法和技术措施，供广大腐蚀检查人员参考。
1降膜蒸发器简介
降膜蒸发器主体结构包括三个部分，顶部为造膜器，中部为加热室，底部为分离器。造膜器内的分配器对碱液进行分配，使其在管板上均匀分布。成膜器安装在换热管（降膜管）上端，使碱液沿降膜管内壁呈膜状均匀分布向下流动。由于受到管外蒸汽加热，再加上管内二次蒸汽湍流作用，降膜层传热效率很高。处于沸腾状态的碱液在分离器内进行气液分离，气相
安全分析
帼翳设备蜒
经捕雾器除沫后从二次蒸汽出口引出，浓缩的碱液在分离器底部排出。
在三效逆流降膜蒸发工段，碱液依次经过一效、二效、三效降膜蒸发器浓缩达到规定浓度。来自公用工程的蒸汽首先进入三效降膜蒸发器的壳程，二次蒸汽依次进入二效、一效降膜蒸发器。
电解工段生产的碱液浓度在32%左右，经过三效蒸发，碱液浓度达到50%。蒸发器管程（包括造膜器、降膜管束和分离器）介质为碱液，腐蚀强烈；壳程介质为生蒸汽或二次蒸汽，腐蚀微弱。为降低设备成本，蒸发器壳程均选用碳钢材质，管程壳体与管板选择纯鎳或鎳-钢复合板，换热管采用镰管。
苯胺的制备2典型的腐蚀案例
某公司三效降膜蒸发器（技术参数见表1）投用3年后进行首次定期检验，从二次蒸汽出口检查分离器内部，宏观上未发现异常。分离器筒节与下管板焊接连接，为异种金属的镰-钢焊接接头，对该部位局部拆除保温层，发现有暗黄物质粘附在筒节与下管板的角焊缝上，敲击较易脱落，表面呈润湿状态。这是典型的高浓度碱液泄漏形成的碳钢腐蚀产物。
表1降膜蒸发器技术参数
壳程管程
设计压力/MPa L2/-0.10.15/-0.1
工作压力/MPa0.7450.082
设计温度/-c200185回收太阳能电池片
工作温度（进/出）/C173.5/172.5154.8/162.3
介质蒸汽烧贼
主要受压元件材料Q345R 换热管：N02201，管箱:N0220I 管板：N02201+Q345R
腐蚀裕債z mm 1.00.2
换热面积/m2150
为查渗漏部位，拆除捕雾器丝网进入分离器，对蒸发器下管板及管板与分离器封闭焊缝进行渗透检测，仅发现封闭焊缝存在独立的两处圆形显示，其他部位未见异常。去除显像剂后，发现圆形显示为直径约0.3mm的气孔，打磨确认气孔已穿透整个焊缝。对外表面渗漏部位清理打磨，发现筒节与下管
板角焊缝的管板侧熔合线存在三处裂纹，总长约2200mm（见图1）。随着打磨的深入，裂纹显示更为明显。主裂纹除了沿焊缝方向扩展外，仔细观察还能发现多处垂直焊缝方向，扩展至管板母材的横向裂纹、网状裂纹。
图1管板与分离室角焊缝裂纹
分离器筒节与下管板角焊缝裂纹是典型的碱应力腐蚀开裂。下管板与分离器的连接为固定管板换热器的N型管箱结构（见图2）,N型管箱连接结构尽管比螺栓垫片连接更容易实现密封，结构重量更轻、造价更低，但管箱、壳体与管板整体连接处是结构不连续的高应力区域，该部位总应力远高于其他部位
计算显示，本台降膜蒸发器与下管板连接的分离器筒节端部总应力为71.8MPa，明显高于材料在此温度下的许用应力53MPa。同时，此角焊缝为不等厚的鎳-钢异种金属连接，焊接残余应力较大。高浓度碱液流过管板与分离器封闭焊缝的贯穿性气孔，渗透到管板与分离器筒节之间的环隙。鎳-钢金属组合下，碳钢成为腐蚀电池阳极，高浓度碱液环境加速了碳钢侧裂纹尖端阳极溶解巴与应力联合作用大大促进了碱应力腐蚀的发展，形成如此严重的开裂。
本案例具有典型意义。通过封闭焊缝贯穿性气孔渗透的碱液量很小，由于设备外保温，运行中也没有
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发现该部位存在泄漏，但碱应力腐蚀裂纹扩展却十分严重。裂纹危及承压设备安全运行，这样严重的裂纹如果不能及时发现，将是设备安全运行的重大隐患。隐蔽性这样强的严重缺陷给设备的腐蚀检查提岀了严肃的课题。
本案例降膜蒸发器的管程壳体采用纯镰，检验未发现母材和焊缝存在明显腐蚀，证明在沸腾的高浓度碱液环境，纯镰的耐蚀性能值得信赖。普通碳钢及其焊缝，显然不具有抵抗高浓度碱液腐蚀的能力。降膜蒸发器腐蚀检查重点是镰覆层下碳钢侧，管程壳体采用镰-钢复合板的降膜蒸发器，腐蚀损伤问题更应该引起重视。
3腐蚀重点部位分析
降膜蒸发器管程为高浓度碱液，使用不当都可能因鎳覆层致密性失效导致腐蚀，镰复合板降膜蒸发器常见腐蚀部位如下：
蒸发器管束最常见的腐蚀发生在管子与管板连接部位。由于管壳程温差较小，工作压力不高，降膜管与管板间的连接一般采用胀接加密封焊。由于应力作用或密封焊缝质量不佳，就可能导致碱溶液渗入
管子与管板之间的环隙，管板基层腐蚀后形成凹坑或孔洞。腐蚀产物体积膨胀或结构应力作用，可能造成密封焊缝开裂，形成目视可见缺陷。
镰-钢复合板覆层厚度一般为2-3mm，制造和使用过程中覆层的损伤都可能造成设备耐腐蚀性能降低。制造中的因素包括机械修磨、工卡具焊迹、电弧损伤等。使用中的因素包括物料的冲刷、磨损以及应力等。冲刷、磨损易在物料进出口、流动截面突变、气液相波动部位发生。为实现降膜蒸发器内物料均匀膜状加热和高效、可靠的汽液分离，管程设置有结构复杂的功能内件。内件材质采用纯鎳，损伤形式主要是冲刷、磨损。内件通常采用焊接方式固定在管程壳体上，与壳体连接焊缝是重点易损部位。分离器内的降液板不仅与壳体焊接还为捕沫器提供支撑，降液板与壳体的焊缝为连续焊接，结构应力和焊接残余应力叠加使该焊缝具有较高的应力水平。使用中物料的冲刷、磨损、振动，使该焊缝更容易损伤、开裂，裂纹扩展易导致鎳覆层损伤破裂，碱液沿裂口渗入造成基层母材碱腐蚀（见图3）。
存在缺陷的焊接接头是镰覆层致密性失效的重点部位。镰与铁在高温下可以无限互溶，镰与镰、镰与钢焊接时容易出现的焊接缺陷是热裂纹与气孔。镰与硫、磷等杂质形成低熔点共晶体是热裂纹产生的原因，合理选用焊材有利于防止热裂纹产生。镰的固液相温度间距小、流动性差，产生的气体如果在熔池凝固时来不及溢出，就残留在其中形成气孔（珥气孔是镰焊缝最常见缺陷，焊接工艺参数的调整对气孔影响并不显著。焊缝中的气孔尺寸小，有的气孔甚至利用射线检测方法都不能发现叫保证鎳焊
缝致密性最简单的方法就是增加焊接层数。
图3降液板与壳体角焊缝部位腐蚀
保证镰复合板覆层焊缝耐腐蚀性的另一关键技术措施是尽量提高焊缝中鎳的纯度，设计理想的坡口，增加镰覆层的焊接层数是通常的方法。对接接头一般具有较好的组对条件，经过基层、过渡层、覆层多道焊接，覆层焊缝镰的纯度可以达到较高水平。接管的材料有纯鎳，也有镰复合板，还有镰衬里结构，其焊接接头形式相对复杂。接管角焊缝的质量随接管尺寸、相交位置、组对偏差等原因可能有较大差别，即使多道焊接，盖面层焊缝的镰纯度也可能满足不了耐蚀要求。此外，角焊缝部位应力集中更明显，曾多次发现裂纹（见图4）。
为节约设备建造成本，降膜蒸发器设备主法兰或尺寸较大的接管法兰常采用碳钢衬环结构，该部位耐蚀性能的关键是衬环与覆层焊缝的致密性。
为保证高浓度碱溶液中覆层焊缝抗腐蚀性能，有的降膜蒸发器采用了覆层盖板搭接结构切（见图5）。盖板较薄，搭接角焊缝一次施焊成形，是腐蚀薄弱环节。
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安全分析
图4接管角焊缝裂纹
4腐蚀检查要求
镰覆层下腐蚀损伤严重影响烧碱装置降膜蒸发器的安全运行，镰覆层致密性检查是降膜蒸发器定期腐蚀检验的重点。在高浓度碱溶液环境下，碳钢的碱腐蚀损伤包括碱腐蚀和碱应力腐蚀开裂两种形式性碱腐蚀通常发生在母材上，形成局部腐蚀坑。碱应力腐蚀开裂通常发生在靠近焊缝的母材上，也可能发生在焊缝和热影响区，局部高应力和碱溶液富集是碳钢基层焊接接头碱应力腐蚀开裂的必要条件。
降膜蒸发器腐蚀检查重点在管程部位，技术关键是确认鎳覆层致密性是否完好。腐蚀部位和洁净的鎳覆层有较好的对比度，为避免结晶物料遮掩缺陷和腐蚀伤人，在腐蚀检查前应对设备内部彻底清洗。
使用中管束出现泄漏，通过冷凝水pH值在线或定期监测能及时发现。正常操作时，换热管内为碱液和蒸汽两相流，操作异常甚至出现气、液、固三相。换热管尤其是碱液进出两端，应通过宏观检查，判断是否存在冲刷减薄。管板表面，检查覆层是否完整，管子与管板连接焊缝是否存在气孔或裂纹，必要时进行渗透检测。
管程壳体检查重点是制造过程减薄、损伤部位，使用中碱液冲刷、磨损部位，测厚可以初步判断覆层损伤程度。宏观检查内表面有无铁锈状腐蚀痕迹，对存在碱腐蚀的部位，应清除腐蚀产物，判断腐蚀的范围和深度，必要时从设备内、外表面用测厚或超声波方法确定腐蚀严重程度。
检查碱液成膜器、碱液分布器的位置是否正常，与壳体、上管板连接焊缝是否完好。检查降液板、捕雾器表面有无冲刷损伤，捕雾器的固定装置有无脱落，与壳体连接的焊缝有无开裂。
焊缝是腐蚀检查的重点和难点，一次成型的封闭焊缝，检查的重点是有无裂纹和贯穿性气孔两种足以导致覆层致密性失效的缺陷，这些气孔和裂纹通常细小，宏观检查应有放大镜的协助。覆层盖板搭接角焊缝、N型管箱封闭焊缝、碳钢法兰衬环焊缝等焊接接头表面检查尤为重要。与钢熔焊的覆层焊缝，重点检查焊缝表面是否存在选择性腐蚀和进一步的损伤。施工难度大的接管角焊缝更应注意。
对宏观检查怀疑、应力集中、修理补焊等部位应进行表面无损检测。尽管鎳为铁磁性材料，但考虑检测缺陷的性质，表面无损检测应选用渗透检测。怀疑存在裂纹、贯穿性气孔的覆层焊缝，应局部拆除保温检查对应外表面是否存在泄漏，采用磁粉和超声波检测方法判断焊接接头是否存在碱应力腐蚀开裂及开裂程度。
5结束语
次氧化锌鎳覆层（母材和焊缝）致密性失效是鎳-钢复合板制造的降膜蒸发器腐蚀损伤的重要原因，镰覆层致密性的检查和评价对设备安全具有重要意义。换热管及与管板连接部位，管程壳体覆层减薄或高应力部位，一次成型的盖板、衬环法兰等封闭焊缝部位，鎳纯度不足的焊缝部位是腐蚀检查的重点。腐蚀检查以宏观检查为主，对可能存在裂纹、贯穿性气孔等缺陷的覆层焊缝表面还应采用渗透检测进一步检查。对存在腐蚀的母材部位，应采用测厚或超声波方法评价腐蚀严重程度。对覆层焊缝致密性可能失效的部位，应在设备外表面拆除保温进一步检查，采用磁粉和超声波检测方法判断对应的基层焊缝是否存在碱应力腐蚀开裂。
参考文献
[1]孙志刚.杨湖.固定管板换热器N型管箱应力评定方法[J].压力容器,2018,（11）.
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）
冷冻水产品
聚烯烃弹性体事故与缺陷分析第37卷第2期
(e)1737A-3焊缝及热彩响区组织形貌3结论
通过对该电厂#1机组锅炉省煤器H型鳍片管泄漏式管和对比试管进行试验检验和分析，综合实验结果和相关理论，推断样管发生泄漏是局部点蚀所致。积灰中有较高含量S、C1以及碱金属元素为样管的点蚀提供了介质条件，泄漏样管表面之前受到水汽吹损形成沟槽是形成点蚀的必要因素。在运行过程中，沟槽内灰分沉积致使S、C1元素在沟槽底部富集而发生点蚀，进一步减薄了管壁，直至局部区域管壁不足以承压而发生泄漏。
参考文献
[1]张延延，宋国庆.基于Inventor特征的H型鳍片管省煤器券数化设计卩].当代化工研究,2018(04):163-164. [2]苏崇涛，郭晓静，左海霞，赵广东.冷轧双相钢显微组织检测与分析[J]，物理测试，2020,38(02):17—21. [3]张倚雯，李渊，常青.某电厂高温再热器管4^裂纹检测分析[J].焊接技术，2019,48(S1)：63-65.
[4]洪小飞.600MW超临界锅炉水冷壁管道一次泄漏原因分析及处理[J]，机电信息，2010(18):27+30.
[5]程东岳，金硕，孙旭东，马琳琳，陈纪昌.电站锅炉低温再热器蛇形管冷弯断裂成因分析[J].电焊机,2020,50(04):100—102+140.
⑹程一杰，何飞德，宋小宁，许金刚，冯礼奎，于志勇.余热锅炉蒸发器腐蚀原因分析及化学清洗[J].工业水处理,2018,38(06)：102-105.
[7]董雪娇.锅炉用绪片管腐蚀穿孔原因分析[J]，铸造技术，2020,41(07)：682—686.
(f)1737B-2心部及外壁金相组织
图5泄漏样管和对比样管的金相组织
(1：接第12页)
[2]王志文，徐宏，等.化工设备失效原理与案例分析[M].上海：华东理工大学出版社,2010.
[3]全国锅炉压力容器标准化技术委员会JB/T4756-2006牒及铢合金制压力容器标准释义[M].北京：新华出版社,2006.
[4]赵晓兵，鲁艳红.焊接工艺对牒基焊缝气孔的影响[J].有金属材料与工程,2018,(3).
[5]JB/T4756—2006牒及操合金制压力容器[S].
[6]GB/T30579—2014承压设备损伤模式识别[S].
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编织袋折边器(、
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