S31254钢管的应用
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摘 要 本文采用s31254钢管作为换热管，管板的材质采用S22053锻件，管箱内表面采取烘烤酚醛清漆的措施，有效地防止了管程中含有高浓度Cl-、HCO3-的介质对设备的腐蚀。
关键词 S31254钢管；S22053锻件；氯根腐蚀
中图分类号TF7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）87-0125-01
0 引言
大化集团股份有限公司的母Ⅱ加热器是立式固定管板换热器，壳体内径为1.6m，换热管长度为6m，换热面积为277m2。壳程设计压力为0.5MPa，设计温度为160℃；管程设计压力为0.8MPa，设计温度为60℃。壳程介质为饱和水蒸汽；管程介质为母液Ⅱ（由Na+、NH4+、Cl-、HCO3-和H2O组成），是含有浓度很高的Cl-、HCO3-的强腐蚀性介质。
大化集团搬迁改造工程中，从原厂的碳化塔上，拆卸下来许多完好无损的S31254钢管，规格为φ63mm×3.9mm，我们在母Ⅱ加热器的设计中，采用了S31254钢管作为换热管，并配以S22053锻件作为管板的材质，管箱材质为Q345R并经过内防腐。壳程材质为Q345R，换热管与管板的连接方式采用胀焊并用。
1 S31254的性能
S31254是一种奥氏体不锈钢，其化学成分为：碳C：≤0.02%；硅Si：≤0.8%；锰Mn：≤1.0%；硫S：≤0.01%；磷P：≤0.03%；铬Cr：19.5%～20.5%；镍Ni：17.5%～18.5%；钼Mo：6.0%～6.5%；铜Cu：0.5%～1.0%；氮N：0.18%～0.22%。S31254与普通的奥氏体不锈钢不同，首先在化学成分上是一种高钼、高铬、高镍的高合金不锈钢，其C含量
2 S31254的焊接特点
2.1具有良好的耐晶间腐蚀能力
室温时碳在奥氏体中的溶解度为0.02%～0.03%，而普通奥氏体不锈钢的含碳量高于此值，当温度升高时，碳在不锈钢晶粒内部的扩散速度大于铬的扩散速度，多余的碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬化合成Cr23C6的化合物沿晶界析出，很容易造成晶间贫铬，而不锈钢具有耐腐蚀能力的必要条件是铬的质量分数>10%～12%，从而降低奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀能力；由于高合金纯奥氏体不锈钢的碳含量≤0.02%，因此S31254具有良好的耐晶间腐蚀能力。
2.2具有较高的热裂纹敏感性
由于奥氏体不锈钢的导热系数小，线膨胀系数大，在焊接过程中，焊缝金属及热影响区在高温时易产生较高的拉伸应变，在冷却过程中可形成较大的拉应力；另外奥氏体不锈钢易形成方向性强的柱状晶的焊缝组织，一些有害杂质元素易在晶间形成低溶点的液态薄膜，从而产生焊缝凝固裂纹。
为了防止奥氏体不锈钢焊缝中产生热裂纹，可采取以下措施：1）严格控制材料中硫、磷等有害杂质的含量；2）采用能够形成焊缝双相组织的焊丝，从而打乱奥氏体不锈钢状晶的方向性，减少晶间低溶点共晶的偏析量；3）采用低线能量、窄焊道技术，提高熔池的冷却速度；4）焊接采用钨极氩弧焊，电弧能量大，热量集中，而且有氩气流的冷却作用，热影响区小，焊接质量稳定，焊缝成型好，且无飞溅和熔渣；为加快焊缝的冷却速度，焊后可采用水进行强制冷却；5）对于换热管与管板之间的焊接，可在管桥上开设应力槽，以减小甚至消除焊接应力。
3 S31254钢管的使用
母Ⅱ加热器管程中的介质含有高浓度的Cl-、HCO3-，对于钢材是强腐蚀性介质。换热管若选用20碳钢管，其使用寿命很短，频繁地更新被腐蚀坏的设备，能严重地影响生产能力；换热管若选用带内防腐20碳钢管，由于防腐层的导热系数太小，因而严重减小换热效果；换热管若选用钛管，其使用寿命长、效果好，但钛管的价格昂贵，是S31254钢管价格的三倍。鉴于S31254高合金纯奥氏体不锈钢耐点腐蚀、耐间隙腐蚀、抗应力腐蚀、抗均匀腐蚀的优秀性能，鉴于S31254高合金纯奥氏体不锈钢的焊接接头具有良好的耐晶间腐蚀能力，采取有效的焊接工艺完全可以防止焊缝中的热裂纹，我们采用S31254钢管作为换热管。
因为壳程介质是饱和水蒸汽，换热管要承受振动和疲劳载荷，所以换热管与管板的连接方式应采用胀焊并用，我们采用密封焊加强度胀的连接形式；这就要求换热管材料的硬度低于管板材料的硬度。S22053钢是抗Cl—腐蚀良好的双相不锈钢，其布氏硬度值为293（HB），
大于S31254钢管的布氏硬度值223（HB），而且焊接性能良好。所以，我们采用S22053钢锻件作为管板的材料，并在管板孔之间的管桥上开设应力槽。
管箱采用Q345R钢板制作；其内表面喷砂除锈后，烘烤酚醛请漆。
4 结论
本文在母Ⅱ加热器的设计中，采用S31254钢管作为换热管，管板的材质采用S22053锻件，管箱内表面采取烘烤酚醛清漆的措施，有效地防止了管程中含有高浓度Cl—、HCO3—的母液Ⅱ介质对设备的腐蚀。实践已证明，本文的设计是很成功的。用S31254高合金纯奥氏体不锈钢替代高成本的Ni基合金和钛材来防止Cl—、HCO3—的腐蚀，是一种有效的方法，这对设备的使用寿命、生产能力、降低制造成本提供了可靠的保证。
参考文献
[1]ASME 第Ⅱ卷.材料 A篇 铁基材料，2010.