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        壓縮機(jī)入口過濾網(wǎng)骨架開裂原因分析

        2016-11-29 12:03:23強(qiáng)
        中國設(shè)備工程 2016年5期
        關(guān)鍵詞:裂紋分析

        李 強(qiáng)

        (中海煉化惠州煉化公司,廣東 惠州 516086)

        壓縮機(jī)入口過濾網(wǎng)骨架開裂原因分析

        李 強(qiáng)

        (中海煉化惠州煉化公司,廣東 惠州 516086)

        對過濾網(wǎng)骨架材質(zhì)和斷口采用宏觀低倍分析,金相分析,微觀形貌分析,化學(xué)元素分析。通過對過濾網(wǎng)骨架材質(zhì)和斷口分析,找出其開裂原因,制定相應(yīng)的對策,解決了過濾網(wǎng)骨架開裂的問題。

        過濾網(wǎng);骨架;開裂;原因分析

        一、概況

        某公司催化汽油選擇性加氫脫硫裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)采用兩臺2D80-74/16-28型往復(fù)式壓縮機(jī),2013年,對循環(huán)氫壓縮機(jī)例行檢修,入口管道內(nèi)有金屬碎片,發(fā)現(xiàn)其壓縮機(jī)入口過濾網(wǎng)骨架發(fā)生斷裂,如圖1。

        循環(huán)氫壓縮機(jī)入口工作壓力1.0MPa,介質(zhì)為氫氣,氫氣成分如表1。

        圖1 發(fā)生斷裂的過濾網(wǎng)全段——濾網(wǎng)骨架開裂

        表1 氫氣組成

        二、對過濾網(wǎng)骨架材質(zhì)和斷口進(jìn)行分析

        仔細(xì)觀察斷裂的過濾網(wǎng)骨架殘片(圖2),看到邊緣已經(jīng)磨平,紅框內(nèi)可看到較明顯的裂紋(圖2)。

        圖2 斷裂的過濾網(wǎng)骨架經(jīng)清洗后

        1.斷裂濾網(wǎng)材質(zhì)分析

        濾網(wǎng)斷裂處制作成試樣,對兩試樣材質(zhì)成分進(jìn)行檢測,根據(jù)測試結(jié)果材質(zhì)更加符合10F的優(yōu)質(zhì)鋼。根據(jù)過濾器圖紙上過濾網(wǎng)骨架20#鋼,參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 699-1999《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》規(guī)定的20#,10F鋼化學(xué)成分,與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的20#鋼化學(xué)成分相比,實(shí)際濾網(wǎng)的碳含量明顯低于標(biāo)準(zhǔn)20#的各項(xiàng)指標(biāo)。此外,硫含量超標(biāo),會使鋼板軋制時產(chǎn)生熱脆斷裂,同時降低鋼的延展性和耐蝕性。從材質(zhì)成分分析中可以看到濾網(wǎng)材質(zhì)與為牌號為10F的優(yōu)質(zhì)鋼更為符合。

        2.宏觀、低倍分析

        送檢過濾網(wǎng)宏觀形貌,見圖3。過濾網(wǎng)A面上沒有發(fā)現(xiàn)裂紋存在;過濾網(wǎng)B面上標(biāo)記為1、2、3處的地方已經(jīng)完全斷裂,標(biāo)記為4處的地方可見一條明顯的裂紋存在,標(biāo)記為5處的地方是完好的。

        在體式顯微鏡下,對過濾網(wǎng)上標(biāo)記為1、2、3處的斷口進(jìn)行觀察,斷口的裂紋均起源于過濾網(wǎng)的B面(黃色箭頭處),然后逐漸向過濾網(wǎng)的A面擴(kuò)展,直至斷裂,見圖4。在標(biāo)記2處的斷口附近,還可見一條裂紋存在。在過濾網(wǎng)B面上標(biāo)記為4處,可見一條裂紋存在,將該裂紋認(rèn)為地打開,就可以形成一個“裂紋斷口”。該“裂紋斷口”的形貌與1、2、3處的斷口具有相似的形貌,見圖5。標(biāo)記5處為過濾網(wǎng)上完好形貌,見圖6。

        2.金相分析

        在過濾網(wǎng)上取B面的金相樣品,對試樣進(jìn)行拋光、浸泡后參照GB13298-1991《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》里檢驗(yàn)方法和步驟進(jìn)行金相分析,得到如下各個金相圖。

        過濾網(wǎng)板垂直于板厚方向的金相組織為:鐵素體晶粒上分布著小顆粒狀的三次滲碳體,見圖5。由于過濾網(wǎng)的網(wǎng)孔是冷沖壓形成的,方向是從A面向B面沖壓,因此,在過濾網(wǎng)B面網(wǎng)孔邊角處的鐵素體晶粒發(fā)生嚴(yán)重地變形被拉長。

        過濾網(wǎng)板B面平行于板厚方向的金相組織為:鐵素體晶粒上分布著小顆粒狀的三次滲碳體;在B2斷口旁邊有一條裂紋存在,同時在過濾網(wǎng)板B面另外的兩孔之間也發(fā)現(xiàn)有裂紋存在,裂紋類型是穿晶裂紋,見圖7和8。

        圖3 過濾網(wǎng)宏觀形貌

        圖4 過濾網(wǎng)上1、2、3處斷口低倍形貌(裂紋起源于B面黃色箭頭處)

        4.微觀形貌分析

        濾網(wǎng)斷裂前,無明顯塑性變形,斷口平、齊、亮。斷口形貌有解離河流花樣(圖9)。

        濾網(wǎng)表面存在多處微細(xì)的裂紋(圖10)。

        掰斷的新斷口,韌窩小而淺(圖11)。

        5.元素分析

        經(jīng)掃描電鏡、能譜分析表明裂紋內(nèi)部存在夾雜物。材質(zhì)表面存在大量的裂紋,內(nèi)部充滿鐵的氧化物。見圖12和表2。

        圖6 過濾網(wǎng)上5處低倍形貌

        三、分析與討論

        1.材質(zhì)分析

        由于材質(zhì)成分分析結(jié)果表明,過濾網(wǎng)骨架材質(zhì)為10F鋼,而且硫元素超標(biāo)。

        圖7 過濾網(wǎng)垂直于板厚方向的金相組織(鐵素體+顆粒狀三次滲碳體)

        圖8 過濾網(wǎng)B面平行于板厚方向的金相組織(鐵素體+顆粒狀三次滲碳體;裂紋以穿晶為主擴(kuò)展,裂紋呈現(xiàn)人字形,由外部往里面擴(kuò)散,裂紋沒有貫穿整個濾網(wǎng)的厚度。)

        圖5 過濾網(wǎng)上4處裂紋及“裂紋斷口”低倍形貌(裂紋起源于B面黃色箭頭處)

        圖9 過濾網(wǎng)B面平行于板厚方向的斷口形貌

        圖10 過濾網(wǎng)B面平行于板厚方向的斷口形貌

        圖11 過濾網(wǎng)的斷口形貌

        表2 斷口處元素分析(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)%)

        1.F鋼易切削,冷變形塑性很好,深沖壓等冷加工性和焊接性能好,可用來制造易加工成形而對強(qiáng)度要求不高的零件。但是硫元素超標(biāo),會在軋制時產(chǎn)生熱脆斷裂,同時降低鋼的延展性和耐蝕性。

        2.結(jié)論

        由電鏡圖中可以判斷斷口為熱脆性斷口,說明了產(chǎn)生裂紋的主要原因不是由于環(huán)境引起的腐蝕斷裂,是由材質(zhì)中的有害硫元素含量偏高,導(dǎo)致鋼原料中存在原始表面裂紋缺陷。

        圖12 斷口元素分析位置

        由于過濾網(wǎng)骨架的制備工藝:鋼板——沖壓——彎曲——焊接。在濾網(wǎng)的邊緣處會產(chǎn)生很大應(yīng)力。這些微裂紋在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定程度時候,裂紋開始擴(kuò)展,導(dǎo)致斷裂。

        四、改進(jìn)措施

        由于往復(fù)式壓縮機(jī)內(nèi)介質(zhì)為氫氣,易燃易爆且壓力較高,一旦有碎片進(jìn)入壓縮機(jī)必然損壞壓縮機(jī),給安全生產(chǎn)帶來極大的隱患。出現(xiàn)上述問題后,經(jīng)討論分析決定將過濾網(wǎng)骨架材質(zhì)更換為304不銹鋼,304不銹鋼是應(yīng)用最為廣泛的一種鉻-鎳不銹鋼,作為一種用途廣泛的鋼,具有良好的耐蝕性、耐熱性,低溫強(qiáng)度和機(jī)械特性;沖壓、彎曲等熱加工性好,無熱處理硬化現(xiàn)象(使用溫度-196~800℃)。材質(zhì)更換完后,以后幾次檢修再無出現(xiàn)問題。

        [1] 50萬噸/年催化汽油選擇性加氫脫硫項(xiàng)目首次標(biāo)定報告.惠州,惠州煉油運(yùn)行一部,2013 16-17

        [2]王廷溥,齊克敏,金屬塑性加工學(xué)--軋制理論與工藝.北京,冶金工業(yè)出版社,2012 119-120

        [3]劉鳴放,劉勝新,金屬材料力學(xué)性能手冊.北京,機(jī)械工業(yè)出版社,2011 82-83

        [4]李立碑,金屬材料物理性能手冊.北京,機(jī)械工業(yè)出版社,2011:189-190

        TE968

        B

        1671-0711(2016)05-0058-04

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