某反应釜盘管泄漏失效分析

吕斌峰

（森松（江苏）重工有限公司上海分公司，上海 201323）

某系统反应釜使用后发现有冷却水从釜体外部保温层内流出，该盘管材质为SA-240 304L，该釜冷却水使用后会有60s 的时间进行气体吹扫以排出管内积水（不排除有水分残留）。经拆开保温后发现，最下面一根盘管有2 处裂纹，经超声波测厚仪测量，该处壁厚检查未见明显异常，如图1(a)所示。取样切开后发现有严重锈迹，如图1(b)所示。为了查明失效原因，取样进行化学成分检测，拉伸试验，金相检验等试验。

图1 实物裂纹照片

表2 管子拉伸试验结果

图2 金相照片

1 理化试验

1.1 化学成分分析

如图1(b)所示化学成分样品处取样，采用台式直读光谱仪对接管外壁及内壁进行化学成分分析，结果见表1。结果显示，其成分满足标准要求。

1.2 拉伸试验

在裂纹附近处纵向取样进行室温拉伸性能试验，拉伸试样宽度为12.5mm，厚度按原管壁厚，按照GB/T228.1 试验方法进行拉伸试验，试验结果如表2 所示，满足标准要求。

1.3 金相检验

将切割后的管子沿裂纹处取样进行金相检验，将样品打磨抛光用10%草酸电解腐蚀后，在金相显微镜下放大12.5倍观察裂纹走向，可以看出从管内壁往外壁扩展，见图2 所示。分别放大100X，200X，500X 后观察，金相结果显示：组织为奥氏体组织，裂纹主要为穿晶裂纹，其裂纹呈明显的支状裂纹，见图2 所示。

表1 管子内外壁化学成分

图3 奥氏体不锈钢SCC 与氯离子浓度和温度的关系

由以上理化试验结果，可知此盘管材料的化学成分、拉伸试验性能均满足标准要求。金相检验结果表明，材料组织为正常奥氏体组织，裂纹由内壁向外壁扩展，裂纹主要为穿晶裂纹，呈枝状分布。

2 分析与讨论

经过调查了解，本项目所使用的盘管材料为304L 材料，盘管由板材冷成形压制而成，本身应力较大，加上焊接过程还会再次增加应力，导致材料内部存在较大应力，且冷却水中CL 离子浓度高达210ppm，温度达180℃，具备了产生应力腐蚀开裂的三要素，很容易产生应力腐蚀开裂（SCC）。

温度是影响应力腐蚀的重要因素之一，随着温度的升高，发生SCC 的氯离子浓度在降。由文献可知当温度达到180℃时，较低的氯离子浓度即可发生SCC。从金相结果也可以看出为典型的应力腐蚀裂纹。从使用环境来说，CL 离子浓度高，操作温度高，本身就具有很高的应力腐蚀敏感性。

控制应力腐蚀失效的方法，需要从应力腐蚀开裂三要素(材料敏感性、内应力，环境介质)着手解决。

（1）对于材料，高应力腐蚀敏感性环境需要选用耐应力腐蚀不锈钢。从敏感性高低排列，304L＞316L＞2205。含Mo 的316L 奥氏体不锈钢耐应力腐蚀性能要优于304L，而奥氏体+铁素体双相不锈钢的抗应力腐蚀能力最好。

（2）控制应力，在压力容器制造过程中，尽可能降低存在的应力。如本项目盘管为薄板卷成盘管，本身开平板应力就比较大，再经过加工成形已经后续安装焊接等工序，造成应力的叠加。如果盘管由管子弯制而成，内应力将会小很多。

（3）环境介质，对于化工设备，其使用的工艺条件对应力腐蚀有巨大影响，其工艺介质中的氯离子含量、温度、PH 值、溶解氧含量等都会影响设备的使用。应做到按照介质条件，使用工况情况来选择合适的材料进行制造，可通过添加缓蚀剂来降低工艺介质的腐蚀特性。

3 结语

（1）该盘管是由于冷却水氯离子浓度较高，使用温度较高引起的SCC。

（2）通过改变盘管的材料来提高此操作条件下的耐应力腐蚀能力。

（3）通过添加缓蚀剂来降低冷却水的氯离子含量，降低使用温度来减缓应力腐蚀敏感性。