文献综述

对于”E31802封头焊接区泄漏原因分析”这一课题，前人做了许多与其相关性较大的研究。主要可以归纳为三类，一类为换热器实际生产中泄漏原因分析与对策的研究，一类是304不锈钢腐蚀与焊接特性的研究.

1.换热器实际生产中泄漏原因分析与对策的研究

目前有研究认为热交换器受到头部中穿过隔板和管通过之间的壁的泄漏的影响。[1]而先导换热器设计了一种基于模糊模型的高效泄漏检测算法。物理设备的动态模糊模型首先从使用模糊聚类技术的输入 - 输出测量中导出。此模型与症状生成过程并行运行。泄漏检测机制已经在实际并流热交换器上测试和验证，并且已经证明在检测水循环管中不同大小的泄漏方面是有效的。[2]在实际生产中，换热器泄漏原因的排查需要结合实际生产工艺,工况以及连接螺栓，密封垫片的选型和安装情况。考虑到的原因有温度交替变化的影响；压力升降变化；安装方法不当；垫片质量差选型不当；螺栓强度差；密封面损坏变形等，而可采取一些技术措施来改善密封效果，例如密封垫片重新选型；提高螺栓强度；修复换热器法兰密封面等。[3]为了防止泄漏发生，减少损失，一些必要的预防措施需要在操作方面实施。在操作过程中，由于物料变化或操作不当而引起超温、超压运行都有可能引起局部腐蚀破坏，同时由于设备保养不良、维修不及时等原因，也会导致设备产生腐蚀破坏而报废。因此，操作人应严格遵守安全操作规程，定时对换热设备进行巡回检查，调节负荷中严禁超温、超压运行，定期对设备进行维护保养。[4]换热器投用和使用条件是先投用冷物料后投用热物料，以免造成设备损坏。考虑到操作条件变化，是否有必要给换热器增加旁路，避免设备超温运行，导致换热器管板和管束之见应力损坏发生泄漏。[5]换热器的腐蚀泄漏有时是由管程内盐垢板结引起的管束的垢下腐蚀，加氢原料有机氯含量高是引起高压换热器结垢和腐蚀的主要原因，保证合理的注水量和注水水质是解决高压换热器管程腐蚀的关键，在高压注水中加入高温缓蚀阻垢剂，可以有效减缓加氢装置高压换热系统的结垢和腐蚀。[6]管子与管板贴胀不良，导致管子与管孔存在缝隙，发生应力腐蚀破裂。开裂后设备继续运行，管程介质通过裂纹渗至壳程侧， 在开裂处大量聚集硫化氢进而形成硫化氢应力腐蚀，油气入口的冲刷加剧了腐蚀过程，致使设备停工。[7]在高加出现换热管泄漏现象时，必须第一时间停机维修，防止或减小换热管的二次损伤，通过检漏方法，判断是管端焊缝泄漏还是换热管本身泄漏，然后用其相应方法进行处理[8]结垢也会引起管道腐蚀，当下有一种瞬态测试技术用来评估工业规模热交换器的热性能，该方法特别适合于确定核电厂的部件冷却水系统热交换器中的明显结垢水平。[9]

2.304不锈钢腐蚀与焊接特性的研究.

304奥氏体不锈钢是以奥氏体组织为基体的一类铁#8211;铬#8211;镍系不锈钢。具有较好的耐腐蚀性、较高的韧性、一定的强度和良好的加工性能，抗局部腐蚀性能较差，尤其对氯化物应力腐蚀开裂较为敏感。[10]304钢及其焊接结构的疲劳性能经过一系列实验研究，发现在观测金相组织过程中发现，手工电弧焊使304钢焊接热影响区晶粒细化，强度有所加强。实验数据表明，在低周疲劳下,寿命分布符合威布尔分布。[11]泄漏的产生一部分源于焊缝裂纹的产生，研究表明，δ铁素体对不锈钢焊接接头性能有着较大的影响。奥氏体不锈钢焊缝金属中含有少量的δ铁素体(5 %～ 10 %)时, 可防止热裂纹, 提高抗晶间腐蚀能力, 但δ铁素体含量较高时, 抗应力腐蚀裂纹倾向则会降低。[12]焊接残余应力与外载荷相叠加，会造成局部区域应力过高，使结构承载能力下降，引起结构裂纹，甚至导致结构失效。采用弹塑性有限元法对304不锈钢的焊接温度场和焊接残余应力，计算结果表明，304不锈钢的焊接残余应力略低于其屈服强度。[13]王正等人在实验中发现，在焊缝中，铁素体阳极而优先溶解，其数量越多，越易呈半连续或连续的网状，意味着预存活性通道越通畅，环境断裂敏感性越高。焊缝成分和焊后热处理的影响，实际上都是通过改变铁素体的数量和形态而起作用的 。[14]腐蚀也是泄漏的主要成因之一，不同的腐蚀介质对焊接接头的不同区域都会产生程度不同的腐蚀。实验表明，焊缝金属区的抗电化学腐蚀能力好于母材区,母材区的抗电化学腐蚀能力好于热影响区。[15]换热器的腐蚀主要是由于管板和管束材质不同而导致的金属电位腐蚀。由于在管板接口处为胀接后焊制, 在高温作用下, 管板和管束连接处会产生一定程度的热应力, 进而产生应力腐蚀。同时在管板处由于水的流速较低和涡流的作用, 此处易产生粘泥的沉积, 形成局部的粘泥污垢下的厌氧腐蚀, 这也极易导致管板处的局部腐蚀穿孔。[16]应力腐蚀开裂也是生产中常见的裂纹产生原因，焊缝区域在承受较大的焊接残余应力和在特定介质作用下极易产生应力腐蚀开裂。高质量分数的氯离子在高温下不但能引起不锈钢产生小孔腐蚀，更能引起奥氏体不锈钢产生应力腐蚀开裂。[17]聚烯烃装置中常见的腐蚀主要有磨损腐蚀、氧化腐蚀、应力腐蚀、缝隙腐蚀。目前对缝隙腐蚀的腐蚀机理主流有两种说法，但都认为和缝隙的宽度有关，在相同环境下，不同的缝隙宽度腐蚀速率不同。[18]不锈钢的晶间腐蚀是由于在450 ～ 850 ℃这一危险温度范围内, 碳化物在晶界沉淀, 因而在晶界及邻近区域形成贫铬区, 从而大大降低了晶界的耐蚀性能。在生产不锈钢焊接结构件时, 正确的实施焊接质量控制, 使工件尽量避免或减少碳化物的沉淀析出, 是防止不锈钢晶界腐蚀的重要途径。[19]不锈钢在保温层下也同样存在应力腐蚀开裂的风险，个别保温层受潮后产生的浸出液中存在Cl 等离子， 为应力腐蚀提供了腐蚀介质，使不锈钢产生应力腐蚀开裂。[20]在空气环境538℃下研究了304不锈钢的裂纹生长行为。紧凑的拉伸试样承受疲劳，蠕变和蠕变疲劳载荷,检查了对负载水平和保持时间的裂纹生长速率的组合影响。应力强度因子被发现使裂纹增长率相当好地与疲劳裂纹增长相关。发现蠕变裂纹生长速率与应力强度因子和C *（t）相关。[21]DEIS技术的应用使得能够跟踪在晶间腐蚀过程中被测系统的阻抗与电位的瞬时变化。所记录的DEIS光谱的形式和所获得的在再活化电位范围内的测量频率的分布等同于在硫酸介质中纯铁溶解所获得的那些。结果，在激活和再激活扫描的范围内已经获得作为电位的函数的双电层电容和电荷转移电阻的瞬时变化。[22]通过实验比较发现与铸钢喷丸处理工艺相比，玻璃喷丸更有助于提高304不锈钢焊接接头的抗应力腐蚀能力．[23]不锈钢椭圆封头在进行热压制时也可能产生裂纹，因此推荐的加热温度不大于1 150 ℃, 即不超过其固溶处理温度, 开裂件表层出现δ铁素体表明工件表面局部过热。此外， 加热速度过快对导热性差的不锈钢会造成较大的热应力, 当它与热压外载荷叠加时, 有利于裂纹产生, 所以在不锈钢的热加工(锻、压、热等) 工艺规程中均对加热速度予以明确的限制, 以保证不产生较大的热应力。[24]恶劣复杂的腐蚀体系是引起设备腐蚀失效的主要原因，要消除奥氏体不锈钢在高温氮氧化合物混合气体介质下的应力腐蚀，最好选用含碳量不低于0.04％的高铬镍钢，以保证其材料的高温抗蚀性及热强性[25]

3.本次课题研究的意义

通过研究实际生产中换热器的腐蚀机理，分析304不锈钢的腐蚀与焊接特性，对换热器选材，焊接等有重要参考价值，研究成果的应用对工业生产中材料腐蚀速率的降低，避免泄漏事故发生有重大意义。