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再生塔换热器小浮头螺栓断裂分析

点击:1592 日期:[ 2014-04-26 22:32:30 ]
    采用宏观和微观断口分析、金相显微组织分析、扫描电镜(SEM)以及能谱成分分析(EDS)等方法对扬子石化芳烃厂的换热器小浮头联结螺栓断裂的原因进行了研究,发现硫化氢应力腐蚀开裂(SSCC)和氢致开裂(HIC)是导致螺栓断裂的主要原因,并提出了有效的防护措施。   扬子石化芳烃厂新增950单元胺处理装置溶剂再生塔(设备号DA-955)的塔顶换热器(冷凝器)(设备号EA-957)是加氢裂化装置吸收稳定系统生产过程的关键设备之一,其作用是将气相硫化氢中夹带的二乙醇胺溶液返回再生塔顶。该浮头式换热器的主要参数见表1。      该换热器投用生产不久,就发现小浮头联结螺栓有近三分之一发生断裂,严重影响了950单元的正常操作,故有必要对腐蚀断裂原因进行全面分析,以采取有效措施,杜绝此类现象的发生。     1 湿H2S环境开裂        湿H2S环境开裂是指水或含水物流在露点以下与H2S共存时,在压力容器与管道中所发生的开裂事故或现象。由上述的塔顶换热器主要工艺参数可知,该换热器处在湿H2S应力腐蚀环境中运行,故极易发生湿H2S应力腐蚀开裂现象     通过对低合金高强度钢在湿H2S环境中开裂机理的研究,一般认为湿硫化氢引起的开裂有以下几种形式     (1)氢鼓泡:硫化氢腐蚀过程中析出的氢原子向钢中渗透,在钢中的裂纹、夹杂、缺陷等处积聚并形成分子,从而产生很大的膨胀力。随着氢分子数量的增加,其对晶格界面的压力不断升高,最后导致界面开裂,形成氢鼓泡,平行分布于钢板表面。   (2)氢致开裂:在钢的内部发生氢鼓泡区域,当氢的压力继续升高时,小的鼓泡裂纹趋向于相互连接,形成阶梯状特征的氢致开裂。       (3)硫化氢应力腐蚀开裂:湿硫化氢环境中产生的氢原子渗透到钢的内部,溶解于晶格中,导致钢材脆性增加,在外加拉力或残余应力作用下形成开裂。     (4)应力诱导氢致开裂:在应力作用的诱导下,在钢中夹杂物与缺陷处因氢聚集而形成多排的小裂纹沿着垂直于应力的方向发展,即向压力容器与管道的壁厚方向发展。     2 断口形貌分析       现场检查发现螺栓的断裂形式主要有三种:沿螺纹牙根部断裂、沿螺纹牙顶部断裂和在无螺纹处断裂,且前两种为螺栓的主要断裂形式。       螺栓断口的宏观形貌见图1和图2。图1所示为沿螺纹牙根部断裂,断口由裂纹源、放射区、纤维区和剪切唇组成。裂纹源在距表面3~4mm的次表面中形成,然后呈放射状向四周扩展,形成具有放射线特征放射区,放射区和螺栓轴线基本垂直,断口比较平整。塑性变形痕迹较少,呈明显的脆性;纤维区和剪切唇为最终瞬断区,纤维区韧性撕裂痕迹明显,剪切唇和断口与螺栓轴线呈45°夹角,体现塑性断裂特征,脆性区面积占断口总面积的50%。
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