刘纯虎 马小锋 王泽宽
南京天加环境科技有限公司 江苏省南京市 210000
摘要：空调用壳管TP2材质和蒸汽盘管管路20#无缝钢管，针对其使用过程中典型的腐蚀案例，通过试压定位泄露点、腐蚀点成份分析结合金相和数码显微镜，确定其腐蚀失效机理并针对性的提出预防和改进措施。
关键词：空调；盘管泄露；壳管管理；腐蚀泄露；蚁巢腐蚀；应力腐蚀
0.引言
某空调品牌2019投入，使用1年后发现壳管批量泄露。2016年投入使用，使用5年后发现蒸汽盘管管路批量泄露。为查明泄露原因，采取改善措施，以遏制类似事故发生对泄露件进行了失效分析。
1.管路结构及运行情况
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壳管式换热器（图 1）由壳体（20#钢）、内螺纹换热铜管（牌号为 TP2）、折流板（PC）等部件组成。冷媒从 1（冷媒进口）进入，流经 6（高效换热铜管束）管内换热后从 3（冷媒出口）流出，构成管程。水从 2（进水口）进入 5（壳体），在 6（换热铜管束）外表面吸收热量被加热后从 2（出水口）流出，构成壳程。正常情况管程、壳程之间密闭、只有热量交换不会发生流程材料泄漏。
2.泄露样本分析
1）壳管分析
对返退壳管进行分解，泄露点一般呈现为两种情况，即可见较明显贯穿裂纹和微小裂纹，对于微小裂纹需焊接进出口，试压找出泄露点，截取两种裂纹模式大的管路进行失效分析。如表1，1#为微小裂纹，2#为肉眼可见裂纹。
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水质的PH和各地水环境有关，1#取样地水质呈弱碱性，2#取样地水样呈弱酸性。两地水质均属于正常范围。（注1）
b.取样点成分测定
利用EDX荧光光谱仪对失效点进行成分初筛，其成分裂纹点主要成分，表3
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试验数据可见两者主要成分符合TP2材质成分要求（注2）
c.表面形貌及金相分析
利用光学显微镜和数码显微镜对失效点表面进行形貌检测和金相分析。
2#肉眼可见肉眼可见贯穿孔洞，凹坑处为受力变形，翻边，两凹坑结合处产生孔洞约0.1mm*0.2mm，壳管内可见10cm*5cm*2cm焊渣。
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1#失效铜管进行表面形貌观察，铜管表面已形成严重锈坑，严重处锈穿，晶粒度符合GB/T17791 要求，厚度0.3mm符合要求，截取处截面未见裂纹夹杂等缺陷，表面多处锈坑。
2）蒸汽盘管分析
对返退的蒸汽盘管进行拆解，截取腐蚀严重部分进行失效分析。
a.取样点成分分析
样品表面进行XRF元素检测，表4，其表面主要都为Zn和Fe，为镀锌层，返退钢管表面仍有镀锌层的存在；
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b.化学成分判定
火花台式光谱仪对样品材料化学成分进行判定表5，样品牌号均为20#，成分符合GB/T 8163-2018标准要求；
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c.低倍组织
对样品的厚度和低倍组织进行测量观察，样品存在氧化物夹杂，图5，最薄处0.672mm，图6；
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d.金相分析
图7，金相组织为铁素体＋珠光体，组织有内应力特征，为使用过程受力（气压＆热应力）产生，硬度HV(1Kg)=155；
e.镀层厚度测量
用涂层测厚仪对管路进行测试，镀锌层厚度较薄，表6，管路表面仍存在镀锌层，确定其腐蚀是从内向外的。
3.原因分析
（1）铜管严重氧化腐蚀，铁锈渗透进入铜管内部，Fe离子与铜管进行氧化还原反应，呈蚁巢腐蚀；
（2）蒸汽盘管原材料壁厚未见异常，表面采用热镀锌方式，镀锌厚度较薄，内壁浸锌量不足导致未使用钢管已有锈迹，蒸汽管内存在H2O及溶解氧，没有镀层的20#内壁极易生锈；
（3）壳管筒体材质为20#，其在潮湿环境下本身易锈，筒体内部未见防锈处理，其生锈后产生了Fe2O3中的三价铁离子具有较强的氧化性，附着在铜管表面后，加速了紫铜管路的电化学腐蚀过程，另外紫铜表面质量，如表面粗糙度过大、残留物（Cl-）、无表面防腐处理等，都会加快铜管路腐蚀。
4.预防措施
（1）优化设计。腐蚀问题的预防处理，结合相关工作参数和管材形状，优化水箱设计，入口水流速度均匀，规避湍流问题出现，尽可能将到管材之间的流速差异情况。配备对应泵，调节冷却水流量。同时，认真检查和确定输入泵站安装位置，运行中将腐蚀物输入量降到最低，规避浸蚀病害出现。配备注入装置，将适量化学溶剂注入其中，形成化学性质较为稳定的保护膜；
（2）筒体内壁防锈处理，钢管内壁需热镀锌，铜管表面钝化、镀膜、或防锈剂处理，对于铜管验收时因有表面粗糙度、光洁度项目，安装时禁止用手直接接触铜管，应佩戴手套，避免一切有Cl-进入壳管的渠道，另外铜管加工和焊接过程中避免挥发性油的使用；
（3）做好管材存储和安装。管材使用塑料薄膜包裹，避免同氧气接触，加入适量干燥剂来提升储存环境干燥性。同时，规范化安装，避免污染和损坏管材表面质量。
参考文献
[1] 覃志成, 张秀平, 张明圣, 等. 商业或工业用及类似用途的热泵热水机: GB 21362[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008: 6-8.
[2] 文博. 换热器管子与管板焊缝的缝隙腐蚀的研究[D].西安: 西安石油大学, 2016.