不銹鋼換熱管發生爆管現象往往是多種因素交織作用的結果。本質可歸結為材料特性、工況條件與制造工藝三者之間的失衡。
從材料層面看,不銹鋼在特定環境下的性能退化是重要誘因。
比如304不銹鋼在氯離子濃度超過50ppm的介質中長期工作時,會因應力腐蝕開裂形成網狀裂紋,裂紋區域氯元素富集程度可達基體材料的200倍,這種局部劣化在壓力作用下最終導致管壁破裂。
而316不銹鋼雖然耐氯化物腐蝕性更優,但面對高濃度硫酸或鹽酸時仍可能出現點蝕穿孔。雙相鋼雖然兼具強度與耐蝕性,但對氫致開裂極為敏感,若焊接過程中層間溫度控制不當(超過150℃)或冷加工后未及時退火,焊縫區會析出脆性σ相,成為爆管的潛在起裂點。
工況條件的異常變化常直接觸發爆管事故。
溫度驟升超過Ac3相變點時,管材會在短時間內發生組織轉變,形成喇叭狀爆口并伴隨管壁嚴重減薄;而長期在300℃以上運行則會導致材料蠕變,晶界處逐漸形成微裂紋并擴展。
壓力系統的動態波動同樣危險,例如水錘效應產生的沖擊波可使局部壓力瞬時翻倍,直接撐破管壁薄弱處。介質特性也不容忽視,流速超過3m/s的流體攜帶固體顆粒會造成沖刷腐蝕,兩年內即可在管壁鑿出穿孔;若管板脹接區存在縫隙,氧濃差電池作用會形成深度達2.5mm的環狀腐蝕溝,大幅降低承壓能力。
制造與安裝環節的缺陷常為爆管埋下隱患。
焊接過程熱輸入控制不當會導致熱影響區晶粒粗化,沒有徹底清除的焊渣可能成為腐蝕起始點;安裝過程管道固定不牢引發的長期振動磨損或熱熔連接時管口縮徑造成的流阻突變,都會在運行中逐漸演變成結構性弱點。
這些隱患在系統壓力波動、溫度交變等動態載荷作用下,終以疲勞裂紋的形式擴展并導致突發性爆管。
要系統預防這類失效,需在選材時嚴格匹配介質特性,制造中控制冷加工變形率與焊接參數,運行階段實施壁厚監測與介質凈化等全流程管理。
