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高温烟气膨胀节爆裂失效分析

发布时间:2013-05-06

高温烟气膨胀节爆裂失效分析

    某有色金属软管冶炼厂高温烟气管道用压力平衡型膨胀节开工运行45天,该膨胀节平衡段波纹管突然发生爆裂,导致装置停工。经查爆裂的波纹管未发现总体塑性变形的迹象。该膨胀节设计参数:公称直径DN1200mm、壁厚2mm、材质In-coloy800、工作压力0.28MPa、工作温度680℃、工作介质为高温烟气。烟气成分分析结果(平均值)为SO2:738.3ppm、NO2:21.3ppm、CO:7500ppm、CO2:9.3%O2:4.4%和水蒸气等。本文将从失效波纹管的化学成份、力学性能、显微组织、裂纹与端口及腐蚀产物等方面进行检验,并结合波纹管工作状况对检验结果进行分析,探讨高温烟气膨胀节爆裂失效的原因。

1.材料分析

(1)试件编号  从爆裂的波纹管碎片(平衡段波纹管)和末爆裂的波纹管(工作段波纹管)分别取样,编号为试件1和试件2.

(2)化学成份  分别从试件1和试件2上取样进行化学成份分析,取样及分析方法按照GB222和GB223标准的有关要求进行。

(3)力学性能  分别行试件1和试件2上取样进行常温拉伸试验,测试式样的力学性能。拉伸式样按GB/T4338-1995《金属拉伸试验式样》要求,加工成全厚度板状式样,试验按GB228-87《金属拉伸试验方法》进行。

(4)硬度测定  金属波纹管材料硬度测定部位见图1,常温下硬度测试结果:

试件1常温硬度测试结果HRB=92~101,其中波峰硬度值HB=96~101,波谷硬度值HB=93~96;

试件2常温硬度测试结果HRB=92~96,其中波峰硬度值与波谷硬度值接近,均在HRB=92~96范围。

材料质保书硬度值:HRB=81.

(5)铁磁相含量测定  用铁素体侧量仪对试件1和试件2进行铁磁相含量测定。

(6)金相检验  从试件1取含裂纹和不含裂纹的试样各一块,从试件2取试样一块,分别进行金相分析。金相分析结果表明,试件1和试件2的金相组织均为单相奥氏体,局部可见孪晶组织。平均晶粒度为3级和3.5级。裂纹金相分析结果表明,裂纹具有穿晶扩展特征,端部尖细,未见分叉现象。

2.断口分析

(1)宏观断口  从试件1取三处断口试样,爆裂波纹管断口处未见塑性变形和壁厚减薄现象,呈现宏观脆性开裂特征。

(2)微观断口  用扫描电子显微镜对断口进行微观形貌分析,结果显示断口具有多种微观断裂特征。环向断口以沿晶形貌为主,有些部位可见挤压摩擦痕迹,局部出现典型的疲劳辉纹特征。径向断口以穿晶解理断裂为主要特征,断口局部可见腐蚀产物或附着物存在。

(3)X-RAY能谱分析  用X-RAY能谱仪对断口表面腐蚀产物进行分析,分析结果表面腐蚀产物主要含有Al、Si、S、Ca、Cr、Fe、Ni、Ti、O、Mg等元素。其中S元素含量较高。