压力容器培训讲义 之 压力管道失效分析及事故案例 4

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1、1 发现开裂的导压管系80/年航煤脱硫醇R7101反应器进料管靠近焊缝部位（近堆焊处）。该装置2002年9月正式投入使用运行。发现进料导压管近焊缝处出现管内介质向外泄漏现象。随即组织检查，通过表面着色探伤发现管子外壁有穿透裂纹存在。 该进料导压管操作参数如下： 操作压力： 2.8MPa 操作温度： 240 管内介质： 航煤 管子材料： 0Cr18Ni9Ti2 导压管材料的化学成分分析 该材料牌号为0Cr18Ni9Ti，系奥氏体不锈钢无缝钢管，说明实际使用的材料与设计选用材料相同，所用材料无误。3 进料导压管裂纹宏观形貌分析 456 导压管材料的金相组织 导压管管子母材组织呈多边形奥氏体孪晶组织

2、，并有颗粒状碳化物存在，少量的灰色条状为铁素体相，焊缝组织呈单相奥氏体树枝状组织，从材料的组织说明未有脆性相析出。 7母材金相母材金相焊缝金相焊缝金相8 裂纹断口的微观形貌分析 疲劳源疲劳源疲劳纹疲劳纹疲劳纹疲劳纹疲劳纹疲劳纹91、本次导压管产生的裂纹属疲劳裂纹。2、建议对同类进料导压管承插焊及热影响区进行外表面着色检查，一旦发现有裂纹应及时修理。3、预防导压管类似裂纹的再次产生的措施是承插焊接处的焊缝堆高不易过高，并做到焊缝熔合区部位圆滑过渡，以避免该处几何形状突变，造成过大的应力集中。10 加氢单元的一个阀门发生泄漏，泄漏位置在阀体与法兰的承插连接焊缝处，在焊缝中心线有一道裂纹。 该阀门所

3、在位置是循环氢压缩机入口分液缸沉筒液位计一次阀。 相应的工况为： 操作压力： 110Kgf/cm2 温度： 4050 介质： H2，其中H2S含量为400500ppm 阀体材质： 碳钢 该阀门为900磅级的1闸阀，采用法兰连接，法兰和阀体之间为承插焊接。该阀门制造后按B31.3标准，因焊缝处壁厚小于19mm，未进行焊后热处理。11 承插焊阀门材料的化学成分分析承插焊阀门材料的化学成分分析 化学成分表明，该阀门的材料为低碳钢，对应相应的钢号标准，该材料应为20号钢，没有选材问题。 12 承插焊阀门裂纹宏观形貌分析承插焊阀门裂纹宏观形貌分析 1314试样的金相组织试样的金相组织 母材和热影响区的组

4、织母材和热影响区的组织为铁素体和珠光体，热为铁素体和珠光体，热影响区的组织呈魏氏组影响区的组织呈魏氏组织，焊缝组织由网状铁织，焊缝组织由网状铁素体、珠光体、上贝氏素体、珠光体、上贝氏体组成。热影响区（抛体组成。热影响区（抛光态）还存在弧状的夹光态）还存在弧状的夹杂，这些夹杂对本次裂杂，这些夹杂对本次裂纹扩展及断裂应无影响。纹扩展及断裂应无影响。母材的晶粒较细，应该母材的晶粒较细，应该是受焊接后的冷却速度是受焊接后的冷却速度影响，且未进行焊后热影响，且未进行焊后热处理。处理。 1516从微观断口形貌可以看到，该疲劳断口附着腐蚀产物，但仍可以看到从微观断口形貌可以看到，该疲劳断口附着腐蚀产物，但仍

5、可以看到疲劳辉纹，而产生疲劳辉纹的必要条件是裂纹尖端处于张开型的平面疲劳辉纹，而产生疲劳辉纹的必要条件是裂纹尖端处于张开型的平面应变条件下。因此该断口应是高应力低周期疲劳断口。应变条件下。因此该断口应是高应力低周期疲劳断口。17 由计算模型可知，未焊透时焊缝根部应力集中，应力水平相当高，同时阀门在循环氢压缩机附近，存在振动，因此形成了导致疲劳裂纹产生和裂纹扩展的较大应力幅。而如果焊缝是焊透的，则焊缝根部的应力水平低。18结论：根据本次失效分析，确认由于焊缝未焊透，存在应力集中，是本次阀门承插焊缝疲劳裂纹产生的原因，不存在应力腐蚀问题。对于目前在用的类似阀门，应对承插焊缝进行检测，对于存在未焊透

6、以及类似工况的阀门应于更换。今后采用阀门，应选用对接焊结构的阀门，且焊后需要进行无损检测，确定不存在有害缺陷。19 本次发生活塞杆断裂的加氢压缩机系加氢裂化装置中的重要设备之一。该机组运行至2003年8月15晚上，突然发生二级活塞杆断裂情况，造成紧急停车事故。打开机组进行检查，发现压缩机的活塞杆断裂的部位是在十字头法兰与十字头螺母联接处第二齿顶部位，沿第二齿齿顶处将整个活塞杆沿垂直轴线方向断裂成两段，见图所示。20 该活塞杆的材料，牌号为Custom450。该材料为沉淀硬化不锈钢。它是通过加入沉淀强化元素铜、银、铝等来满足材料强度和塑性要求的，该材料主要特点是高的强度、较好的延性和优异的耐腐蚀

7、性能。 通过化学成分分析结果来看，现场所用材料与设计选用材料基本一致，没有材料误用的可能性。21 活塞杆断口的宏观形貌分析活塞杆断口的宏观形貌分析 22 活塞杆螺纹纵截面金相检查以及金相组织活塞杆螺纹纵截面金相检查以及金相组织分析分析 2324 对活塞杆螺纹冷滚压加工工艺对活塞杆螺纹冷滚压加工工艺 25 活塞杆断口的微观形貌分析活塞杆断口的微观形貌分析 A区域区域26B区域区域C区域区域27A区域区域28C区域区域B区域区域29 活塞杆的疲劳强度计算与校核活塞杆的疲劳强度计算与校核 许用应力幅安全系数在许用应力幅安全系数在2.52.54 4之间，应力之间，应力安全系数应在安全系数应在1.251