廣東溢達(dá)紡織有限公司分汽缸失效分析

陳祥龍

摘 要：分汽缸兩條供汽管上彎頭部位發(fā)生蒸汽泄漏，縱縫發(fā)現(xiàn)橫向裂紋及穿透性裂紋。對樣品進(jìn)行化學(xué)成分分析、磁粉檢測、金相分析，經(jīng)分析得知該分汽缸產(chǎn)生裂紋并導(dǎo)致蒸汽泄漏，熱疲勞是主要原因。

關(guān)鍵詞：分汽缸；泄漏；橫向及穿透性裂紋；熱疲勞

中圖分類號：TQ051 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、引言

2014年7月上旬，工程部人員發(fā)現(xiàn)溢達(dá)紡織有限公司總廠內(nèi)產(chǎn)品編號為031200007的分汽缸最左側(cè)（人孔側(cè)）兩條供汽管上彎頭部位發(fā)生蒸汽泄漏事故。之后不久分汽缸本體也發(fā)生蒸汽泄漏事故，停機(jī)后經(jīng)廣州市黃埔廣石化工業(yè)設(shè)備檢測工程公司對該分汽缸進(jìn)行無損檢測，在A1縱縫共發(fā)現(xiàn)8條橫向裂紋（垂直于焊縫），其中兩條為穿透性裂紋，其余焊縫未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷。公司對該分汽缸進(jìn)行了更換處理。

2014年8月底，出廠編號為容20140244的分汽缸投入使用，9月底發(fā)現(xiàn)靠人孔側(cè)封頭環(huán)縫、前筒體環(huán)縫有漏點(diǎn)導(dǎo)致蒸汽泄漏，10月初發(fā)現(xiàn)后筒體環(huán)縫也開始漏汽，11月17日被迫停機(jī)更換分汽缸，運(yùn)行時(shí)間不到3個(gè)月。分別為該分汽缸發(fā)生蒸汽泄漏的前筒體和后筒體。

為弄清分汽缸發(fā)生泄漏事故的原因，以便采取有效措施避免再次發(fā)生同類事故，廣東溢達(dá)紡織有限公司委托廣東省特種設(shè)備檢測院佛山分院對出廠編號為容20140244的分汽缸進(jìn)行失效原因分析。廣東省特種設(shè)備檢測院佛山分院對該分汽缸的相關(guān)產(chǎn)品資料、運(yùn)行工況及運(yùn)行記錄進(jìn)行了核查，并對該分汽缸筒體和焊縫取樣進(jìn)行了材質(zhì)分析，并對焊縫及部分母材進(jìn)行了磁粉檢測，對裂紋部位進(jìn)行了金相分析，對裂紋性質(zhì)進(jìn)行了判定，并結(jié)合該分汽缸的實(shí)際運(yùn)行工況，得出了該分汽缸發(fā)生失效的原因。

二、檢驗(yàn)內(nèi)容和分析

1 資料審查

分汽缸的蒸汽來源是公司熱電分廠輸送過來的過熱蒸汽，溫度為210℃。為了滿足生產(chǎn)工藝需要，須把過熱蒸汽減溫至不超過190℃，為此在進(jìn)汽母管前加了一個(gè)可調(diào)噴嘴減溫裝置，過熱蒸汽經(jīng)減溫裝置噴水減溫后進(jìn)入分汽缸（減溫水為軟水），然后通過供汽管道輸送到各用汽車間。通過查詢運(yùn)行記錄可知，減溫裝置前蒸汽溫度為208℃～218℃，壓力波動(dòng)范圍為0.4MPa～0.85MPa（表壓），減溫裝置后的蒸汽溫度為155℃～187℃，壓力波動(dòng)范圍為0.4MPa～0.85MPa（表壓）。

第一臺分汽缸出廠編號為031200007，材質(zhì)為20g，規(guī)格為φ1200× 6000×10，制造日期2003年12月，于2012年7月停用，使用時(shí)間約8年；第二臺分汽缸出廠編號為容20140244，材質(zhì)為Q245R，規(guī)格為φ1200×6500× 10，設(shè)計(jì)壓力為1.32MPa，設(shè)計(jì)溫度為196℃，制造日期為2014年8月，由杭州振興鍋爐容器設(shè)備有限公司制造。投用初期約有10天未包覆保溫層。發(fā)生泄漏的部位為人孔側(cè)封頭環(huán)縫B1四點(diǎn)位置、筒體環(huán)縫B2三點(diǎn)位置、環(huán)縫B3十點(diǎn)位置，圖1為分汽缸結(jié)構(gòu)及缺陷位置示意圖。

2 化學(xué)成分分析

經(jīng)對分汽缸B2環(huán)焊縫及附近母材取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，檢測結(jié)果見表1。

從檢測結(jié)果可知，分汽缸筒體母材及焊縫化學(xué)成分未發(fā)現(xiàn)異常，符合GB713-2008標(biāo)準(zhǔn)中Q245R的相關(guān)要求。

3 磁粉檢測

經(jīng)對分汽缸內(nèi)壁焊縫及部分母材進(jìn)行磁粉檢測（分汽缸進(jìn)汽管及出汽管管座角焊縫由于未焊透，未能進(jìn)行磁粉檢測）。磁粉檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，進(jìn)汽管正下方的筒體母材及遠(yuǎn)離焊縫的筒體母材均未發(fā)現(xiàn)裂紋，環(huán)縫B1發(fā)現(xiàn)多條橫向裂紋和縱向裂紋，B2焊縫發(fā)現(xiàn)橫向裂紋和縱向裂紋各一條，B3發(fā)現(xiàn)多條橫向裂紋和縱向裂紋，B4發(fā)現(xiàn)多條橫向裂紋。

從磁粉檢測發(fā)現(xiàn)的裂紋形貌和分布情況，我們可以看出，產(chǎn)生的裂紋均分布在環(huán)縫及其附近母材上，縱縫未發(fā)現(xiàn)裂紋；遠(yuǎn)離進(jìn)汽口的封頭環(huán)縫B1右側(cè)下方（面向人孔）裂紋最嚴(yán)重，焊縫兩側(cè)的母材有多條垂直于焊縫的橫向裂紋，部分裂紋橫穿焊縫，焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)各有一條長約500mm的縱向裂紋，其中一條貫穿母材導(dǎo)致漏汽。環(huán)縫B2、B3的裂紋分布在筒體左側(cè)上方，環(huán)縫B4的裂紋分布在右側(cè)上方。裂紋起源于內(nèi)壁，且由內(nèi)壁向外壁擴(kuò)展，形成穿透性裂紋，裂紋呈脆性開裂。

4 金相分析

從金相圖中可以看出，筒體母材金相組織為鐵素體+珠光體，晶粒度為9級，晶粒細(xì)小，符合Q245R控軋鋼板組織特征。裂紋主要為沿晶型裂紋，裂紋尖端較尖銳，裂紋有分枝及二次裂紋，裂紋為多源。裂紋內(nèi)部有灰色腐蝕產(chǎn)物。

三、裂紋性質(zhì)分析

從以上分析我們可知，由于分汽缸的筒體和焊縫材質(zhì)均未發(fā)現(xiàn)異常，從磁粉檢測和金相檢驗(yàn)的結(jié)果來看，分汽缸筒體環(huán)縫及附近母材產(chǎn)生的裂紋較符合熱疲勞裂紋特征，應(yīng)為熱疲勞裂紋。

熱疲勞是指容器由于溫度的反復(fù)變化而產(chǎn)生的交變熱應(yīng)力的作用下最終產(chǎn)生裂紋或破壞的現(xiàn)象。熱疲勞產(chǎn)生的裂紋具有以下特征：

（1）熱疲勞裂紋是在受熱表面熱應(yīng)變最大區(qū)域形成，一般有多個(gè)疲勞裂紋源。典型的熱疲勞裂紋呈龜裂狀，根據(jù)熱應(yīng)力方向，也可以為近似相互平行的直線型多裂紋形態(tài)；當(dāng)熱應(yīng)力特別大（如部件承受較大熱沖擊），或者有比較顯著的裂紋誘發(fā)源時(shí)，熱疲勞裂紋也可能呈現(xiàn)一條主裂紋形態(tài)。

（2）熱疲勞裂紋有沿晶型的，也有穿晶型的；裂紋端部多呈現(xiàn)圓鈍狀，當(dāng)交變熱應(yīng)力較大時(shí)，裂紋端部就較尖銳。

（3）熱疲勞裂紋內(nèi)部往往充滿灰色腐蝕產(chǎn)物，說明在熱疲勞裂紋擴(kuò)展中伴隨著明顯的氧化或腐蝕現(xiàn)象。

（4）熱疲勞裂紋源于表面，并由表面向縱深方向擴(kuò)展，裂紋擴(kuò)展深度與應(yīng)力、時(shí)間及溫差變化相對應(yīng)。

（5）斷口微觀特征為具有疲勞條紋。在熱蝕作用下，微觀斷口上的疲勞輝紋粗大，有時(shí)尚有韌窩狀花樣相對應(yīng)。

（6）熱疲勞導(dǎo)致的斷裂為脆性斷裂，在斷裂部位附近基本沒有塑性變形。

結(jié)論

綜上所述，從分汽缸筒體的材質(zhì)分析、磁粉檢測和金相分析結(jié)果來看，我們可知出廠編號為容20140244的分汽缸焊縫縫及母材產(chǎn)生的裂紋應(yīng)為熱疲勞裂紋。分汽缸產(chǎn)生裂紋并導(dǎo)致蒸汽泄漏，熱疲勞是主要原因。

參考文獻(xiàn)

[1]劉會(huì)瓊.廣東溢達(dá)紡織有限公司全面預(yù)算管理改進(jìn)研究[D].西北大學(xué)，2015.