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316不锈钢孔板流量计岛旯管断裂的启事阐发与查抄流程

作者:王立坤,周 杨,荣 军,何新民,王建伟,邢普瑜 来源: 公布时候:2017-12-22 10:05:02

 【来源:(1. 中国石油独山子石化分公司 a. 压力容器查验所,b. 机动处,c. 储运结合车间,新疆 克拉玛依 833699;)】

[摘 要] 某化工厂工艺管线上的 316 不锈钢材质的孔板流量计岛旯管断裂,导致介质泄漏产生火警。为查明其见效启事,对断裂的仪表管进行成分、硬度、金相、断口描摹和腐蚀产品阐发,确认仪表管产生断裂的启事是在装置应力、震惊和环境中 Cl 元素的共同感化下,先产生了应力腐蚀构成裂纹源,裂纹到达门槛值后又以颓废情势扩展,zui终导致开裂。

 
0 前 言
        2015 年 12 月某化工厂产生火警,经查起火启事为装置在 40 -P -2242002 -B1X -P1 工 艺 管 线 上 的22FT42427C 孔板流量计岛旯管断裂,导致介质泄漏而至。该岛旯管为无缝卡套管 [1] ,自 2015 年 3 月退役至2015 年 12 月产生断裂见效。卡套管履行标准为 ASTMA269,规格为 12.0 mm×1.0 mm,材质为 316 不锈钢,操纵温度为 68 ℃,操纵压力为 2.63 MPa,岛旯管外有伴热管,并有外保温。为查明岛旯管见效启事,避免近似事件的再次产生,对见效领受进行阐发。
 
1 微观查抄
        开裂岛旯管中间段垂直向上,两端处于程度状况,岛旯管装置及断裂地位如图 1。断裂地位位于岛旯管下部的程度段,断口在卡套讨论的根部。测量岛旯管尺寸,其外径为 12.0 mm,壁厚为 1.5 mm,壁厚与厂家所供应的 1.0 mm 不分歧。
        开裂导压管示意
        孔板流量计岛旯管断裂处为讨论部分装置密封管箍根部,管箍装置部分担段有较着的环形压痕。除别的再无其他塑性变形环境。断口上下部分均有一小块玄色地区,该地区为腐蚀地区,玄色覆盖物为腐蚀产品。上部玄色地区位于一个凹下去的缺口内,该地区与卡套根部的压痕平齐,环形断口的下端玄色地区也与卡套根部压痕平齐。从zui下端玄色地区两侧向上,逐步降低,然后俄然峻峭降落,构成上部的凹坑。除凹坑两侧凸起部分,断面团体比较平整,可开端判定,凹坑四周为zui后的断裂区,而两个玄色地区为较先开裂地区,长时候受介质和氛围腐蚀而构成,即为裂纹源。
 
2 微观阐发
2.1 岛旯管化学成分
        采取 GB/T 11170-2008《不锈钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法(通例法)》阐发岛旯管化学成分,成果见表 1。
        导压管化学成分(质量分数)
        经阐发,管材化学成分适合 ASTM A213 中 316 不锈钢请求。
 
2.2 断口描摹与成分
        在孔板流量计岛旯管开裂地位四周取金相样品进行阐发,金相构造见图 2。经阐发岛旯管基体构造为奥氏体,清楚可见年夜量的孪晶界存在,晶粒较均匀,金相构造查考证明该岛旯管颠末固溶措置。
        导压管金相组织
        将断口描摹分别 11 个地区,见图 3,对各个地区操纵扫描电镜察看,寻觅断裂过程的特性。经察看,1 区、2 区、4 区和 5 区可见河道花腔和扇形花腔等典范的解理裂纹描摹,见图 4。在 3 区、6 区、7 区、8 区和 10区均丰年夜量的颓废辉纹,同时还伴随解理台阶颓废辉纹与台阶想垂直,属于脆性颓废裂纹,见图 5。在 9区和 11 区的小范围内可察看到韧窝描摹,见图 6。
        断口形貌区域划分示意1 区形貌3 区形貌11区形貌
        操纵扫描电镜对断口大要覆盖的腐蚀产品的 1 区进行能谱阐发,见图 7。
        1 区能谱
        经阐发发明断口大要的腐蚀产品地区丰年夜量的白亮色的颗粒,经阐发该白色颗粒中除含有工艺介质元素外,因为遭到氛围的氧化感化还含丰年夜量的氧;除此以外,Cl 元素含量高达 1.87%,S 元素含量 1.90%。
 
2.3 保温层成分
        对车间供应的利用过保温层质料与未利用过保温层质料进行能谱阐发。将所取样品进行编号,此中 1号为新保温层的外侧质料,2 号为新保温层的内侧质料,3 号为旧保温层外侧质料,4 号为旧保温层内侧质料,检测成果见表 2。
        保温层材料能谱分析(质量分数)
        从检测成果可看出,新保温层表里层质料皆不含Cl 元素,而旧保温层表里层质料皆检出了 Cl 元素,申明保温层质料本身不含 Cl 元素,旧保温层中的 Cl 元素是在利用过程中进入此中的。
 
3 阐发与会商
        经由过程上述阐发可知,岛旯管金相为固溶状况奥氏体构造,未见异常。化学成分阐发成果适合 ASTMA213 中 316 不锈钢请求。断裂岛旯管断口及断裂部分除装置构成的环形压痕外无较着的塑性变形,属于脆性断裂。断口横截面靠近外壁存在 2 处玄色地区,是初期开裂后管段质料遭到来自氛围中氧元素感化氧化构成,而这 2 个地区也就是开裂的裂纹源地区;并且2 处玄色地区均在岛旯管边沿。该地区在装置后有 2个特性:一是讨论部位遭到与领受链接的法兰感化,装置安稳,而岛旯管在密封管箍根部构成布局不持续部位;二是因为装置时密封管箍收紧力感化,在管箍外部管段存在压应力,管箍边沿管段存在较年夜的拉应力。由断口扫描电镜阐发可知,1 区、4 区两个玄色腐蚀范围及 2 区、5 区,皆为解理描摹证明该区产生了应力腐蚀开裂。断口玄色地区腐蚀产品中检出氯(Cl)及硫(S)元素,而车间供应的新保温层材猜中未检出 Cl 元素,证明 Cl 元素是在利用过程中进入材猜中。阐发工厂扶植地区邻远洋边,可考虑检出的 Cl 来自于海水。在 3 区、6 区、7 区、8 区和 10 区均丰年夜量的颓废辉纹,证明这些地区经历了颓废过程。颓废断裂需求必然的交变载荷的感化,岛旯管在事情过程中,因为外部介质压力及压力传导标的目标的转变造成了孔板流量计岛旯管的震惊,也就为颓废断裂供应了一个交变载荷。颓废扩展过程几近据有了全部断口横截面,证明颓废断裂对全部仪表领受的断裂供应了zui年夜的进献。9 区和 11 区为韧窝描摹,证明该处为受拉应力感化的zui后的瞬断区,该地区很小,是因为岛旯管直径只需 12 mm,可以或许接受相当年夜的介质内压,不容易被内压粉碎的启事。断口中存在的 Cl 元素是造成岛旯管产生应力腐蚀开裂的启事,而 S 元素在应力腐蚀和颓废断裂过程均不起决定性感化,应为介质中带来,不再做其他阐发。应力腐蚀过程中在应力和介质的共同感化下,使质料大要覆盖层分裂,部分开端化学腐蚀,构成微裂纹,此处产生应力集合,成为裂纹源。因为腐蚀感化使颓废过程 σ-N 曲线向低值标的目标挪动,使颓废源容易构成,即腐蚀颓废的“孕育期”比较短。zui终导致岛旯管在装置投用后仅 9 个月就产生了开裂。
 
        综上所述,孔板流量计岛旯管断裂过程,起首是由雨水或海水中蒸发出来的气体中含有的 Cl 进入保温层,并在岛旯管下部讨论处聚集,构成炼蚀环境,在密封环根部的装置拉应力和岛旯管震惊时产生的拉应力共同感化下,造成了岛旯管的应力腐蚀开裂 [4,7] ,此时应力腐蚀开裂据有主导职位。应力腐蚀开裂构成了小的缺口,也就是裂纹源。然后因为管道的振动,为裂纹的扩展供应了交变载荷,当应力腐蚀开裂裂纹到达必然值时,便开端了颓废裂纹的扩展,此时颓废开裂便据有了主导职位,故应力腐蚀裂纹只在岛旯管大要,而断口外部为颓废裂纹。也就是说颓废裂纹扩展是在当应力腐蚀开裂构成的裂纹到达门槛值后才气进行,若无应力腐蚀,则颓废见效不足以产生或延迟产生。故应力腐蚀是造本钱次岛旯管初期见效的根来源根底因。
 
4 结论及建议
        (1) 孔板流量计岛旯管见效是由雨水和来自海水的蒸汽进入保温层带来了 Cl 元素,并在讨论处聚集产生了应力腐蚀开裂,在管道外壁构成初始裂纹。岛旯管振动使裂纹以颓废体例扩展,zui终断裂。
        (2)岛旯管特别是其讨论处必须做好防雨,避免构成腐蚀环境。 

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