压缩机选材分析

　　1选材分析

　　（1）按照设备的工艺条件考虑换热管的选材，10碳素钢管的性能指标能够满足该批设备的使用要求。碳素钢在200的导热系数为48.6W/（m・℃），188奥氏体不锈钢在200的导热系数为17.3W/（m・℃），碳素钢的导热系数约为奥氏体不锈钢导热系数的3倍，从换热管传热的角度分析，选用碳素钢优于奥氏体不锈钢。

　　（2）管程介质对0Cr18Ni9和10碳素钢的腐蚀速率都小于0.05mm/a，均属于轻微腐蚀。

　　即使压缩气对0Cr18Ni9管的腐蚀较10碳素钢管极轻，选择0Cr18Ni9管可以减少锈蚀污染压缩气，提高管束的使用寿命。可是，管箱，管板，浮头盖和管束其他元件等选用了16Mn和碳钢，这也很难使“清洁压缩气”的观点成立。况且，施工图中未对0Cr18Ni9管提出表面应清除油污做酸洗钝化处理的要求；也未按容规%要求：水压试验时应严格控制水中的氯离子含量不超过25mg/L，试验合格后，应立即将水渍清除干净；更未对使用工况的冷却水提出氯离子含量的限制。所以，提高管束“使用寿命”的观点也不能成立。

　　（3）壳程的冷却水对碳钢和不锈钢的腐蚀表现为，碳钢虽耐均匀腐蚀性能比不锈钢差，但对孔蚀或应力腐蚀的敏感性却比不锈钢小。壳程的冷却水（尤其是循环冷却水）的腐蚀特性极为复杂，很难确定。奥氏体不锈钢换热器的腐蚀案例以应力腐蚀破裂（SCC）为*多，并且大多数都发生在传热面上，而且以冷却水一侧*为典型。

　　由Cl-诱发产生的不锈钢SCC相当普遍，究其原因：其一，奥氏体不锈钢对SCC敏感；其二，Cl -不仅能破坏不锈钢的钝化膜产生孔蚀，而且还能诱发SCC.此外，不锈钢对孔蚀或缝隙腐蚀具有较大的敏感性，尤其是敏化了的不锈钢焊接接头更会增加孔蚀的倾向。如果0Cr18Ni9换热管与16Mn管板强度焊加贴胀，不仅有发生接触腐蚀（电偶腐蚀）的可能性，而且在冷却水中尚有发生孔蚀或缝隙腐蚀或SCC的可能。

　　（4）鉴于管板和换热管受管，壳程介质的双重腐蚀，换热器的选材及腐蚀问题重点是管板和换热管。管板和换热管的选材应根据工艺条件，除了要考虑钢管的力学性能，工艺性能（焊接，加工性能）外，重要的是应考虑耐蚀性。*为直接有效的方法是，参照已成功投入使用的相应装置的可比设备来选择材料。

　　2焊接分析

　　（1）根据施工图要求，这批冷却器的换热管与管板连接采用强度焊加贴胀，制造时采用先强度焊后贴胀的工艺。焊接前，按图纸要求，参照JB4708&2000《钢制压力容器焊接工艺评定》和GB151&1999《管壳式换热器》附录B“换热管与管板接头的焊接工艺评定”进行了焊接工艺评定，焊接按评定合格的焊接工艺规程进行，焊丝采用H1Cr24Ni13，每个管接头焊两遍。

　　（2）由于0Cr18Ni9（奥氏体钢）换热管与16Mn（珠光体钢）管板的化学成分，金相组织，物理性能及力学性能等有较大差异，进而引起两者焊接的一系列问题，而这些问题在换热管与管板角接接头的结构中尤为突出。

　　1）16Mn的铁素体对焊缝金属的稀释，使得焊缝过渡区的Cr，Ni含量降低，在16Mn侧的熔合区附近，形成低塑性，高硬度的脆性马氏体组织（淬硬组织），是导致焊接裂纹的根源。

　　2）在焊接或高温使用中碳迁移形成扩散层，使得16Mn侧形成脱碳层而软化，0Cr18Ni9侧形成增（渗）碳层而硬化。由于两侧性能相差悬殊，管接头可能引起应变集中，降低管接头的承载能力（高温强度和塑性的下降）。为防止碳迁移，通常在16Mn侧预先堆焊Ni基合金的隔离层。但在换热管与管板的焊接接头中，若先在管板坯料上堆焊Ni基合金，然后加工管孔，则会浪费Ni基合金；而先预加工管孔然后堆焊Ni基合金，再二次机加，又很难施工。并且考虑到各部位变形不均匀，16Mn管板坡口面堆焊Ni基隔离层的厚度应远大于坡口深度，否则0Cr18Ni9换热管与16Mn管板相焊的焊缝根部仍存在碳迁移的问题&&&产生裂纹的隐患。因此，采取Ni基合金堆焊层不仅增大了施工难度，而且也增加了制造成本。若有必要选用0Cr18Ni9换热管，不如管板选用0Cr18Ni9+16Mn复合板或整体0Cr18Ni9钢板为宜。

　　3）由于0Cr18Ni9与16Mn的线胀系数（304（1.516Mn）和导热系数（304（0.316Mn）相差悬殊，并且换热管与管板角接接头的刚性远比对接接头大（焊后收缩时所受的拘束较对接接头也就更大），焊后冷却时收缩量的差异必然导致管接头产生更大的附加焊接残余应力，而且这部分焊接残余应力很难通过热处理方法消除，它必然影响管接头，特别是当管接头处在交变温度下，由于形成热应力或热疲劳而可能沿0Cr18Ni9与16Mn的焊接接头界面产生裂纹，*终导致焊缝金属的剥离。

　　（3）0Cr18Ni9换热管与16Mn管板的匹配，给管接头的焊接质量增添了新问题，更何况在管接头焊接的熔敷金属中不可避免地存在气孔，夹渣，微裂纹，未熔合等缺陷，由于换热管与管板的角接接头不如对接接头可以在焊缝根部预留一定量的间隙，由合适的Cr24Ni13过渡层焊缝填充，这样在焊缝的根部产生裂纹的机率就很大。

　　而有些缺陷又很难用PT检测和水压试验检查出来，尤其是根部裂纹会在使用过程中由于温差应力和管束的振动等原因而扩展，在使用工况下就可能发生泄漏。因此，0Cr18Ni9换热管与16Mn管板的匹配不如10碳素钢换热管与16Mn管板匹配更有利于保证管接头的焊接质量。

　　3成功案例

　　辽化某装置压缩工段裂解气冷却器，已有近30年的使用经验，管箱的隔板，管束的折流板，拉杆，定距管等都是碳钢材料。这是引进设备国产化设计，制造时，按原竣工图等效采用的国产材料。在后期的改造设计，制造备台时，也都采用的是碳钢材料，并且还是压缩气走壳程，冷却水走管程，有利于传热和防腐。

　　4结语

　　综上分析，根据工艺条件，这批压缩机后冷却器仅换热管选用0Cr18Ni9，而管板选用16MnII，既不能完全清洁压缩气，也不能提高管束的使用寿命，反而给制造，焊接造成了不必要的难度，更给使用留下了隐患。若换热管选用10碳素钢管，则不仅能满足工艺要求，而且也有益于传热，更利于管接头的焊接，保证制造质量，同时更可降低成本。