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不锈钢夹层锅在氯离子环境中腐蚀分析及预防措施

作者: 发表时间:2018-11-15浏览量:9559

不锈钢夹层锅在氯离子环境中腐蚀分析及预防措施

夹层锅又名蒸汽锅,在各类食品的加工、大型餐厅等场所广泛应用,是提高食品加工质量、缩短加工时间、改善劳动条件的良好设备。夹层锅产品材质一般选用奥氏体不锈钢,奥氏体不锈钢具有非磁性和良好的耐蚀性与加工性等特点。


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不锈钢夹层锅在氯离子环境中腐蚀分析及预防措施

夹层锅又名蒸汽锅,在各类食品的加工、大型餐厅等场所广泛应用,是提高食品加工质量、缩短加工时间、改善劳动条件的良好设备。夹层锅产品材质一般选用奥氏体不锈钢,奥氏体不锈钢具有非磁性和良好的耐蚀性与加工性等特点。

  奥氏体不锈钢在产品使用过程中会出现应力腐蚀开裂情况,在氯离子环境下的腐蚀,氯离子含量要小于25ppm,否则就会发生应力腐蚀、孔蚀、晶间腐蚀。事实上蒸煮食品用夹层锅中酱料的氯离子含量浓度很高,分析氯离子对不锈钢的腐蚀情况,并采有效的取预防措施,以保障特种设备的安全运行。

 夹层工作过程,如图1所示,夹套内通入高温蒸汽水,内筒放入食品、水及一定配比的酱料,蒸煮完成后盛取食品,最后用自来水对壳体内部及外侧进行冲洗。2016年4月,对14台蒸汽夹层锅进行定期检验时,对所有夹层锅进行壁厚测定及渗透检测,发现有8台夹层锅外侧角焊缝及热影响区有多处裂纹,壳体内壁有大量点腐蚀及小孔腐蚀,其余6台也有不同程度的腐蚀情况,为确定裂纹、腐蚀类型及其产生原因,对壳体及夹套进行了材质分析,并对裂纹、腐蚀处进行相应的检测分析,以便采取相应预防措施。

宏观检测及无损检测(做个金相怪好) 渗透检测是一种以毛细作用原理为基础的检查表面开口缺陷的无损检测方法,在特种设备行业里应用广泛,在此次检验过程中,对夹层锅进行了渗透检测,发现了相关显示(缺陷中渗出的渗透剂所形成的痕迹显示),通过对检验现场的观察,如图2所示夹层锅外侧角焊缝及热影响区有多处开裂性裂纹,开裂方向大致与焊缝方向平行;此外壳体内部有大量点蚀、小孔腐蚀及机械损伤情况;经厚度测定,厚度无明显腐蚀减薄。

2.夹层锅外部角焊缝渗透检测缺陷部位 2.2材质分析 根据材质分析结果,如表2,材质符合SUS304标准要求,属于奥氏体不锈钢。表2.夹层锅壳体和夹套化学分析结果
位置CMnSiPSCrNi壳体0.0521.110.480.0290.00418.218.14夹套0.0411.10.520.0260.00418.118.13
 3 腐蚀原因分析

3.1 水中较高浓度氯离子及PH值对腐蚀的影响现在自来水消毒大都采用氯化法,氯气易溶于水,与水结合生成次氯酸和盐酸。自来水中氯离子含量偏高,我们对水质进行检测,水中的氯离子含量在40~80mg/L之间,PH值大于2。夹层锅在操作中存在蒸汽带水的现象,并且盛取食品过程中也会出现盛具带出水的情况,由于氯离子一般不易蒸发到蒸汽中,将可能导致氯离子在局部浓缩聚集,增加了应力腐蚀开裂的敏感性,而高浓度的氯离子就与夹层锅外侧角焊缝及热影响区接触,从而发生应力腐蚀开裂现象;在PH值大于2情况下,不锈钢易发生应力腐蚀开裂现象。

3.2 腐蚀环境    蒸煮食品过程中加入的酱料富含氯离子,而奥氏体不锈钢对含有氯离子的介质非常敏感, 酱料中氯离子的存在,将会导致金属产生应力腐蚀破裂。由于氯离子半径小,穿透能力强,极易穿透钝化膜内极小的孔隙,氯离子将优先吸附在钝化膜上,把氧原子挤掉,然后与钝化膜中的阳离子结合生成可溶性氯化物,使钝化膜遭到破坏;在应力作用下 ,被破坏的钝化膜区域就容易产生裂纹 ,从而使不锈钢发生应力开裂。不锈钢在外加阳极极化条件下开始活化,钝化膜破坏区域的金属直接暴露在腐蚀环境中 ,成为腐蚀电池的阳极区,发生阳极溶解,使附近区域的腐蚀加深,最后形成孔蚀,连续不断的电化学腐蚀最终可能导致金属的断裂。

 3.3 应力分析及温度影响   通过审查夹层锅的出厂资料(竣工图、产品质量证明书、容器设计文件等相关技术资料),并且发现的多处裂纹均发生在焊缝及热影响区,由此说明夹层锅夹套与壳体在焊接时引起的焊接残余应力没有完全消除 ,焊缝附近区域存在较大拉应力。另外,夹层锅工作时,由于介质蒸煮工艺的要求,加热和冷却的交替工况引起的循环热应力使壳体内表面不断受拉应力及内压力而引起的膜应力作用,引起应力腐蚀裂纹,在高温工况下,应力腐蚀开裂的敏感性随温度的升高而升高。

4 预防措施 1)降低夹层锅的残余应力.在夹层锅的生产制造过程中对焊接工艺、焊接材料进行严格质量控制,对应力集中部位尽可能实施消除应力处理。2)对从事夹层锅管理人员和操作人员进行专业培训,使他们了解相关的应力腐蚀知识,严格控制加热介质中氯离子的含量、PH值并及时清洗烘干设备。3)选用耐氯离子应力腐蚀开裂较强的材料, 如316L或双相不锈钢   。4)降低材料表面粗糙度,防止机械划痕、擦伤等,减少氯离子集聚的可能性。

 结论    奥氏体不锈钢夹层锅在蒸煮食品领域应用广泛,奥氏体不锈钢在氯离子环境中会发生应力腐蚀、孔蚀等损伤模式,如不及时发现缺陷,会到人身和财产安全有较大危险性。为了保障特种设备的安全运行,除了上述4点预防措施外,使用单位应当加强企业自检,对设备运行过程中出现的异常情况,对其进行细致的全面检查,及时的消除事故隐患。 


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