机械装备失效分析小课堂——设计因素造成的失效诊断(4)

某化工厂反应塔内的换热管原设计材料为20钢，服役期间管程通200~300℃的水煤气，其中含有SO2，SO3，H2S，HCl等腐蚀性物质，壳程为自来水，换热器原实际使用寿命为2.5~3年。 [好文分享：www.11jj.com]

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化工厂想提高换热管的使用寿命，请了一家化工设计院对其进行重新设计改造，改造后换热管材料由原来的20钢改为304不锈钢，但新设备投产后服役不到1周时间，就发现大量换热管开裂或断裂，换热管使用寿命不但没有延长，反而大大缩短了。

对断裂的换热管进行失效分析发现：

1）换热管材料符合相关标准对304不锈钢的技术要求；

2）换热管失效性质为应力腐蚀破裂（SCC）。

显然，造成这起失效事故的主要原因是设计选材不当。

不锈钢虽然具有较好的耐腐蚀性，但也有其短板。不锈钢对含有S、Cl等元素的介质比较敏感，容易受到腐蚀，当存在恒定拉应力时容易发生SCC。20钢虽然耐蚀性较差，但其失效形式为全面腐蚀，即整个管壁均匀减薄，直至穿透失效，一旦工况确定后，其使用寿命也基本确定。

SCC为局部损伤，失效形式为开裂，裂纹的形成和扩展速率与工件受到的拉应力以及环境中的腐蚀性介质含量有关。当各种条件都合适时，SCC失效发展得很快。