失效分析 | 氯离子导致的腐蚀开裂

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发布时间：

2026-07-03

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在化工生产中，换热器是使用最广泛的设备之一。而换热器管束的泄漏，则是化工装置中最常见、也最令人头疼的失效问题之一。一根手指粗细的换热管一旦发生泄漏，轻则停车检修、影响生产，重则引发

在化工生产中，换热器是使用最广泛的设备之一。而换热器管束的泄漏，则是化工装置中最常见、也最令人头疼的失效问题之一。一根手指粗细的换热管一旦发生泄漏，轻则停车检修、影响生产，重则引发安全事故。
案例：失效分析如何找出原因？
断裂发生后，分析人员采用了多种检测手段：
第一步：宏观观察
断裂的换热管断口呈暗褐色，表面覆盖着腐蚀产物。管束内壁存在明显的积垢，局部区域可以看到腐蚀坑。
第二步：化学成分分析
从断裂管段取样进行光谱分析，确认材料牌号符合设计要求。但同时也发现，管内壁的腐蚀产物中检测到了高浓度的氯离子（Cl⁻）。
第三步：金相分析
将断裂管段剖开，在显微镜下观察金相组织。结果显示，裂纹从管内壁萌生，沿晶界或穿晶扩展，呈现出典型的应力腐蚀开裂特征。裂纹尖端有分枝，这是应力腐蚀开裂的典型微观形貌。
第四步：断口微观分析
用扫描电镜（SEM）放大观察断口形貌。断口呈现解理断裂特征，裂纹呈穿晶扩展。结合能谱分析（EDS），在断口表面同样检出了氯元素。
综合以上各项检测数据，分析结论明确：该换热管断裂是由于氯离子引起的应力腐蚀开裂（SCC）。
应力腐蚀开裂的发生，必须同时满足三个条件：
条件一：敏感的材料。奥氏体不锈钢（如304、316、0Cr18Ni10Ti等）在含氯离子环境中对应力腐蚀开裂敏感。有研究表明，奥氏体不锈钢在含有2ppm的氯化物水溶液中，温度低于200℃即可能发生应力腐蚀开裂。这台换热器的工作温度正好处于应力腐蚀的敏感温度区间。
条件二：腐蚀性介质。工艺介质中或循环冷却水中含有氯离子。随着水分蒸发或介质浓缩，氯离子会在局部富集，形成高浓度的腐蚀环境。
条件三：足够的拉应力。这种应力可以是工作应力，也可以是残余应力。在本案例中，换热管在制造和安装过程中可能存在一定的残余应力，运行中的热应力进一步加剧了应力水平。
三个条件齐备，应力腐蚀开裂就不可避免了。
氯离子从哪来？——常见的几个来源
在化工装置中，氯离子的来源多种多样：
循环冷却水：很多工厂用工业水或河水作为冷却介质，水中天然含有一定量的氯离子。
工艺介质本身：某些化工原料或中间产物中含有氯化物。
介质水解：如氯硅烷等物质在遇水后水解生成盐酸，释放出氯离子。
铵盐结晶：NH₄Cl等铵盐在特定温度下结晶，结晶物水解后形成酸性氯离子环境。
一旦氯离子进入系统，再加上高温和应力的共同作用，应力腐蚀开裂就只是时间问题。