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不锈钢复合钢板使用过程中复合层鼓包的原因及对策 摘要 北京某化工厂的骤冷塔为不锈钢复合钢板材料，使用过程中其复层产生了不同程度的鼓包和开裂。本文介绍了鼓包和开裂的基本情况及其产生的原因，并提出了基本的应对措施。 关键词：不锈钢复合钢板，鼓包，热应力，压缩失稳。 问题的提出： 我们对北京某化工厂的某骤冷塔检验时，发现其不锈钢复合钢板的复合层产生多处鼓包，有一处已经从环焊缝熔合线开裂，开裂长度达400mm，张口宽度最大5mm。此厂把开裂部位和几处大的鼓包处做了局部衬里。2年后停车做内部检查，发现衬里处又出现鼓包，且原来的小鼓包出现不同程度的增大现象。为了稳定生产，该厂对本台设备做了更新。 骤冷塔的基本情况： 骤冷塔的作用是把由裂解炉产生的高温裂解气经液体喷淋后降温，变成液态裂解物。裂解气由骤冷塔下部进入，冷凝液从顶部喷淋，凝结液从底部排出。由于下部温度较高、温差较大，并且液气流速很大，因此下部5230mm高度范围内用了不锈钢复合钢板，以利用不锈钢的耐冲刷磨损性和耐高温性。 此塔为西德某公司1974年设计，1975年制造并安装调试，1977年正式投入使用的。基本参数如下： 设计参数：设计压力2.45Mpa，最高工作压力1.96Mpa，设计温度200℃。外径1600mm，总高13000mm，上部为18mm厚的WSTE36钢板，与我国的16MnR接近，下部为（18+4）mm的WSTE36+X10GrNiMoTi复合钢板。 实际操作参数：正常情况下，喷淋液温度40℃左右，凝结液温度90℃左右，进气温度500℃，塔顶压力表指示1.8Mpa。特殊情况下会出现塔内压力为0或负压，进气温度为650℃的情况。介质为二氯乙烷及其裂解物氯乙烯和氯化氢的混合物，呈气态、液态及气液混合状态。 塔壁实际温度测量：由于化工厂的大气腐蚀环境和雨水的作用，以前曾经发生过保温层内容器外壁的腐蚀现象，因此该厂拆除了所有保温层，该设备处于“裸体”操作状态。正常操作条件下，用Reytak红外辐射测温仪测量，进气管外壁243℃，进气管附近塔外壁123℃，下部凝结液处塔外壁60℃。此时温度计指示凝结液83℃，进气500℃。用插值法计算，此时塔内壁最高温度为 500-83 t= ×（123-60）+83=226℃ 243-60 当裂解气温度为650℃时，塔内壁温度可以达到271℃。由此可以看出，实际操作温度已高于设计温度。 不锈钢复合钢板的制造情况： 从各国的复合钢板制造标准看，日本1973年制订了标准草案，日本和美国1977年发布了正式标准，而西德较晚，19977年推出了标准草案W8.77，1980年成为正式标准，我国1987年才有了自己的标准GB8165-1987，目前执行标准为GB/T8165-1997和JB4733-1996。由此看出，1974年设计此塔时，世界上一些先进国家对不锈钢复合钢板正处于试用阶段，而西德可能正处于摸索阶段。 各个国家对不锈钢复合钢板的验收标准基本相同。除了一般钢板的验收项目外，主要增加了对复合层未熔合区域、抗剪切强度和复层厚度的要求。其中抗剪切强度和未熔合区域要求是最重要的两项指标。可以肯定，1975年制造此塔时西德对复合钢板结合面的性能没有统一规定。 鼓包的位置、大小及形状和鼓包处其他缺陷情况： 鼓包出现在进气口附近的高温区域，基本呈边缘不规则的圆丘状，最大尺寸D在200-400mm之间，未破裂的鼓包高度最大70mm。 对大的鼓包处切除复层，对基层做硬度、金相和测厚检查，对复层做渗透和金相检测，未发现任何异常。 鼓包形成的原因： 本人认为复层形成鼓包主要有如下几种原因： 基层与复层间未结合处空隙内的气体热涨气压垂直于复层板面，使复层弯曲，产生鼓包。 基层与复层热膨胀系数不同，20-250℃时基层碳钢的平均线膨胀系数 αF=12.56x10-61/℃，复层不锈钢的平均线膨胀系数为αA=17.42x10-61/℃，αAαF，因此复层处于受压缩状态，易造成压缩失稳，形成鼓包。 基板和复板间存在气隙，气体的导热性能很差，远远低于钢材，因此会在气隙两恻产生温度跳跃，复层温度会比基层温度突然升高，但复层的热涨又受到限制，复层受到进一步的压缩应力。 内壁温度高于外壁，会产生沿壁厚方向的温差应力，内壁的压缩应力会使复层产生压缩。 以上4种因素的综合作用，一方面气涨力使复层弯曲，另一方面复层受到切向压缩，产生受压失稳，造成复层薄板弯曲，形成鼓包。 气隙边缘的结合面，在气体压力下，相当于I型裂纹，在热应力作用下，相当于II型裂纹。使本来强度就不高的结合面进一步撕裂，造成鼓包加大。 操作参数波动因素。化工生产，操作参数有一定的波动，操作压力、操作温度、介质流量的波动，尤其是不正常的冲击性波动，会加剧气隙周边结合面的撕裂。