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贫富水换热器浮头螺栓断裂原因分析及对策点击：1923 日期：[ 2014-04-26 22:21:35 ] |
| 贫富水换热器浮头螺栓断裂原因分析及对策 王立忠 夏春友 郝天真 邹向国 (1．大庆石化公司化工二厂高级技师，黑龙江大庆163714；2．大庆石化公司化T．二厂工人．黑龙江大庆 163714；3．大庆石化公司化1二二厂助理工程师，黑龙江 大庆 1637141 摘要：通过力学性能试验和金相分析等方法，分析了材质为35CrMoA的螺栓发生断裂的原因．同时采取了相应对策进行处理。 关键词：换热器；螺栓；裂纹；断裂；金相分析 中图分类号：TQ050．7 文献标识码：B 文章编号：1673—3355(2006)04—0066—02 大庆石化公司化工二厂丙烯腈装置贫富水换热器E一108A／B为浮头式结构。在运行过程出现异常．管程和壳程介质的流量发生变化，通过仪表监测，分析判断．外部仪器测量等一系列手段认定是换热器管程向壳程泄漏．单台泄漏量为30—50 m3／h。初步判断是浮头处垫片严重损坏．打开换热器封头时发现浮头处的螺栓发生断裂，其中E一108A全部40条螺栓中有31条断裂，E一108B全部40条螺栓中有23条断裂，由于螺栓的断裂造成浮头处密封失效．换热器管、壳程连通，从而使生产出现异常。 1 换热器E一108工况介绍 1．1 E一108部分参数介绍 该设备是丙烯腈装置唯一的浮头式换热器，由大庆石化总厂工程公司制造公司生产．壳程工作介质特性极度危害PH：6．5～7．5、管程介质特性中度危害H：6．5~7．5。 1．2 螺栓断裂情况介绍 当打开换热器封头螺栓．把封头与筒体分开时．即发现有断裂的螺栓掉出来．E一108A和E一108B断裂的数量分别是31条和23条．断裂部位没有规律性，有的在靠浮头侧螺纹处，有的在靠近钩圈侧螺纹处．有的是在螺栓的中间部位。 2 螺栓断裂原因分析 2．1 对断口进行分析 分析宏观断口可以发现断裂过程中有二次断口现象，二次裂纹呈树枝状，说明断裂的过程分两步。第一步由于某种原因产生初始裂纹．第二步由于受力使初始裂纹扩展，最终断裂。 2．2 化学成分及力学性能分析 取试样进行化学成分分析及力学性能分析。分析结果见表1、表2、表3。 将试样分析结果与35CrMoA的材质标准对照可得到如下结论： (1)对化学成分进行分析C’Si、Mn、Cr、Mo均在要求范围内．杂质S、P远低于要求值．S、P均<0．045％．说明化学成分没有问题，符合要求。 (2)对机械性能进行对照分析 屈服强度 ：不论是断的螺栓890 MPa，还是未断螺栓887 MPa．均比正常值835高5％．抗拉强度 l，断裂的为1 080 MPa，未断裂为1 088MPa．也高于正常值980 MPa的10％左右，说明材料的强度方面比正常值高。 塑性方面，伸长率6是13％与正常值12％接近，断面收缩率 试件是57％ ，正常值为45％ ，在数值方面看不出塑性方面有问题。硬度方面，洛氏硬度HRC是39， 比正常值高出30％．说明硬度偏高。 2．3 显微镜观察 用500倍电子显微镜观察，没有发现超标冶金缺陷。 2．4 金相分析 对断口进行金相分析．从500倍放大照片上分析螺栓材质为回火马氏体，因此螺栓的强度和硬度偏高。回火马氏体是由过饱和Ot固溶体和其共格的卵一碳化物组成。回火马氏体仍保留着原来马氏体的片状或板条状的形态，但由于在过饱和Ot固溶体上分布着大量高度弥散的细小钾一碳化物，使回火马氏体比淬火马氏体容易被腐蚀。在光学显微镜下显黑色。在正常情况下．我们要求得到的应该是回火索氏体。回火索氏体是由已再结晶的铁素质和均匀分布的细粒状渗碳体组成。由于回火温度较高．铁素体已发生了再结晶，因此已失去了原来马氏体的片状或板条状的形态。同时由于渗碳体的聚集长大．所以渗碳体颗粒比较大。 综合以上分析，可以判断螺栓的断裂过程．首先是由于螺栓在调质过程中由于处理不当使其组织形成了回火马氏体．换热器组装时， 由于打压时密封面发生泄漏，所以不断地紧固螺栓，造成螺栓所受预紧力偏高。在引入物料后螺栓同时受到预紧应力、温差应力、物料压差应力，三种应力同时作用．使先接触到介质的部位螺栓产生脆性裂纹。在拉应力的作用下，裂纹不断扩大，同时介质的PH值存在一定波动．使介质具有一定的腐蚀性。在存在拉应力的情况下产生了应力腐蚀，加快了螺栓的断裂．最终导致有裂纹的螺栓断裂。 3 采取的措施 由于该螺栓需要有较大的预紧力，同时还要求有一定的塑性变形能力．综合考虑后．采用25CrMoA的材质．严格执行加工工艺，25CrMoA也属于中淬透性合金调质钢．强度比35CrMo略有下降， 但塑性更好， 综合性能表现上比35CrMoA更合适一些，从回装后运行情况来看，螺栓完全满足了要求。 4 结 语 对于机械加工来说．严把材料质量关是必不可少的，但在加工中严格执行各种工艺规定也是非常重要的，尤其是遵守热处理工艺特别重要。 |
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