反应釜盘管泄漏失效分析

反应釜盘管泄漏失效分析

在日常使用反应釜外部冷却水盘管处发现横向裂纹，有冷却水泄露，通过金相检验、化学分析等试验方法，查明失效原因。结果表明：304L材料耐点蚀性能较差，使用过程中盘管内冷却水温度较高，氯离子浓度很高，导致盘管产生氯离子应力腐蚀开裂。建议更改盘管材料，冷却水中加入缓蚀剂，降低氯离子浓度，以降低应力腐蚀敏感性。

关键词：氯离子浓度；断裂；应力腐蚀；温度

广州黑灯科技有限公司是专业从事于化工行业各种类型的自动化控制系统开发和自动化工程项目承接，技术团队已在化工领域的自动化控制方面积累了丰富的技术和经验，是一家专注于化工自动化控制系统开发、化工自动化工程项目承接和技术服务的技术型企业。业务咨询：关生020-85650049。http://www.gzheideng.com/

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-240304L，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。取样切开后发现有严重锈迹，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。

1 理化试验

1.1 化学成分分析

化学成分样品处取样分析，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，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。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。

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。

广州黑灯科技，从事化工反应设备制造，化工厂设计布局，化工项目总承包，化工设备升级改造，设备安装，深受华南地区的一致好评。材料总结
（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。