全國多地氣溫持續走低,部分地區出現極端低溫天氣。作為化工、能源、食品加工等行業核心換熱設備的關鍵部件,不銹鋼換熱管在低溫環境下面臨材質性能波動、運行故障風險上升等多重挑戰,相關企業紛紛啟動冬季專項防護預案,保障生產穩定運行。
低溫對不銹鋼換熱管的影響首先體現在材質力學性能的變化上。據材料力學檢測數據顯示,隨著溫度降低,不銹鋼的強度雖會顯著提升,但韌性和抗沖擊能力卻呈下降趨勢。以上海艾克森股份有限公司技術檢測數據為例,常用的316L奧氏體不銹鋼換熱管在-196℃低溫環境下,屈服強度較室溫時增幅達123%,但斷裂韌性下降10%,斷口形態從純韌性韌窩結構轉變為韌窩與解理面共存的混合斷裂形態,冷脆斷裂風險顯著增加。
不同材質不銹鋼換熱管的低溫適配性差異明顯。業內專家指出,奧氏體不銹鋼如304L、316L憑借含鎳、鉬等合金元素的成分優勢,韌脆轉變溫度低于-200℃,無明顯低溫脆化現象,是低溫工況的優選材質;而鐵素體、馬氏體不銹鋼如SUS410、SUS430在低溫下沖擊值驟降,易發生低溫脆裂,需嚴格限制使用場景。低溫環境還可能誘發奧氏體不銹鋼的相變反應,當溫度低于-40℃且變形量超過15%時,部分奧氏體將轉變為馬氏體,導致管材磁導率上升,同時產生體積膨脹,加劇管體應力集中。
介質凍結與熱應力損傷成為低溫下不銹鋼換熱管運行的主要安全隱患。若換熱介質為水基流體,低溫易導致介質凍結體積膨脹,直接撐裂管體及連接處;即使未發生完全凍結,局部介質停滯也會引發管材局部低溫腐蝕,加速管壁減薄。某LNG項目曾出現管道彎頭因溫差從20℃驟降至-162℃,產生650MPa熱應力超過材料屈服強度而開裂的案例,凸顯了溫度梯度控制的重要性。此外,低溫下密封件彈性下降易導致泄漏,保溫層破損則會加劇局部散熱,形成低溫死角,進一步放大安全風險。
針對低溫挑戰,各企業紛紛采取針對性防護措施。在介質管理方面,按最低氣溫精準配制防凍液,-10℃時乙二醇防凍液濃度不低于30%,-20℃時不低于40%,并預留5-8℃冰點安全余量,每季度檢測濃度、冰點及pH值確保有效性。設備防護上,采用"礦物棉+氣凝膠氈+鋁箔保護層"三層保溫結構,關鍵部位纏繞自限溫電熱帶,通過溫度傳感器與PLC系統實現3℃自動啟動、8℃停止的恒溫控制,杜絕局部低溫凍傷。
操作規范優化同樣不可或缺。企業嚴格遵循"先冷后熱、緩慢升溫"啟停原則,控制溫差不超過50℃/h,避免熱應力沖擊;運行中確保介質入口溫度不低于5℃,短期停用設備保持介質低速循環,長期停用則徹底排空介質并以干燥壓縮空氣吹掃流道。同時加強定期檢測,采用磁性檢測法監測馬氏體轉變量,通過滲透檢測排查表面裂紋,及時處理焊接缺陷、殘余應力等潛在隱患。
行業人士提醒,隨著極端低溫天氣頻發,企業需強化不銹鋼換熱管全生命周期管理,優先選用低溫適配材質,完善保溫加熱系統,嚴格執行低溫操作規范。通過科學防護不僅能降低故障風險,更能延長換熱管使用壽命,為冬季生產安全筑牢防線。