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        吸附塔焊縫裂紋分析及預(yù)防措施

        2019-01-07 03:25:48廉繼康
        石油工程建設(shè) 2018年6期
        關(guān)鍵詞:卷板機(jī)卷制母材

        廉繼康

        新疆煉化建設(shè)集團(tuán)有限公司,新疆克拉瑪依 833699

        2018年5月,某石化公司煉油廠操作人員發(fā)現(xiàn)PSA吸附塔A塔、B塔之間的管道介質(zhì)流動(dòng)聲音有異常,車間通過排查,在A塔中上部保溫鐵皮接縫處發(fā)現(xiàn)有氣體向外流動(dòng),初步判斷此處存在氫氣泄漏。車間立刻啟動(dòng)應(yīng)急,匯報(bào)調(diào)度員,并快速切除A塔泄壓,組織搭設(shè)腳手架施工,拆除鐵皮保溫進(jìn)行檢查,在A塔的上部塔壁縱焊縫處,發(fā)現(xiàn)一條裂紋。

        1 裂紋與設(shè)備概況

        本次發(fā)現(xiàn)的裂紋長約270 mm,其概況見圖1。本設(shè)備屬于易疲勞容器,操作壓力在-0.008~2.5MPa之間交變,年交變次數(shù)為45 000次,設(shè)計(jì)壽命為20年,材質(zhì)16 MnR(細(xì)晶粒鋼,正火)。A塔設(shè)備主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

        吸附塔A于2003年設(shè)計(jì)及制造,同批吸附塔由同一廠家制造,共制作了6臺(tái)。至今在大檢修時(shí)進(jìn)行過3次全面的檢驗(yàn),最近一次是2015年檢驗(yàn),檢驗(yàn)結(jié)果均未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷。為了查找裂紋形成原因及消除隱患,由專業(yè)檢驗(yàn)單位對(duì)吸附塔A焊縫進(jìn)行多儀器不同方法的檢驗(yàn),同時(shí)對(duì)另外5臺(tái)吸附塔拆除保溫進(jìn)行抽檢。

        圖1 缺陷焊縫打磨后宏觀檢查

        表1 設(shè)計(jì)主要參數(shù)

        2 吸附塔A的檢驗(yàn)

        (1)焊縫棱角度檢查[1]。技術(shù)人員對(duì)已經(jīng)拆除保溫的6臺(tái)PSA吸附塔焊縫棱角度進(jìn)行了抽查測(cè)量,數(shù)據(jù)如表2所示。

        表2 A塔棱角度測(cè)量數(shù)據(jù)

        從現(xiàn)場抽查測(cè)量的數(shù)據(jù)來看,吸附塔A存在棱角度超標(biāo)缺陷的焊縫正是產(chǎn)生裂紋的縱焊縫,最大偏差達(dá)到5mm,其余焊縫均未超標(biāo),最大偏差為2.5mm。

        (2)壁厚測(cè)試。對(duì)筒體和封頭進(jìn)行壁厚測(cè)試,筒體壁厚15.20~16.50 mm,封頭壁厚26.33~29.26 mm,壁厚符合要求。

        (3)磁粉檢測(cè)。對(duì)筒體縱環(huán)焊縫進(jìn)行100%磁粉檢測(cè),未發(fā)現(xiàn)宏觀裂紋以外的表面缺陷。

        (4)相控陣檢測(cè)。對(duì)筒體縱環(huán)焊縫50%的部位采用相控陣進(jìn)行檢測(cè),未發(fā)現(xiàn)宏觀裂紋以外的缺陷。

        (5)TOFD(超聲波衍射時(shí)差法)檢測(cè)。采用TOFD進(jìn)行檢測(cè),未發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有裂紋之外其他焊縫缺陷。

        (6)硬度檢測(cè)。對(duì)裂紋附近焊縫及母材進(jìn)行硬度檢測(cè),焊縫硬度均值為HB142,母材硬度均值為HB138,硬度值符合母材硬度要求HB≤235,并且滿足焊縫硬度不大于母材125%的要求,其他部位測(cè)試硬度均無異常。

        (7)金相檢驗(yàn)。母材金相組織為鐵素體加珠光體,金相組織照片見圖2;焊縫裂紋尖端金相組織為鐵素體加碳化物,有一定的魏氏體傾向,見圖3;裂紋以穿晶為主+局部沿晶裂紋,主裂紋邊緣存在少量二次微裂紋,見圖4。

        圖2 母材金相組織(200×)

        圖3 裂紋尖端附近金相組織

        圖4 裂紋附近微裂紋金相組織

        (8) 成分分析。成分分析結(jié)果見表3,GB/T 5117-2012《非合金鋼和細(xì)晶粒鋼焊條》[2]要求熔敷金屬錳含量≤1.60%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),成分分析結(jié)果符合要求。

        表3 錳含量測(cè)試值(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

        3 檢驗(yàn)結(jié)果分析

        (1)對(duì)其他5臺(tái)設(shè)備及A塔其余無宏觀缺陷焊縫進(jìn)行抽檢,焊縫外觀及內(nèi)部均沒有發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷。

        (2)宏觀檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)裂紋所處的焊縫部位棱角度超標(biāo),棱角度使容器產(chǎn)生了構(gòu)造上的不連續(xù)性,在焊縫與母材過渡處引起應(yīng)力集中,棱角度的超標(biāo)使應(yīng)力更加集中,在疲勞工況下容易導(dǎo)致已存在的小缺陷擴(kuò)展,并造成最終開裂。

        (3)金相檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)裂紋以穿晶為主,且二次裂紋較少,結(jié)合疲勞工況,分析該裂紋為疲勞裂紋。

        (4)相控陣檢測(cè)發(fā)現(xiàn)裂紋立體成像內(nèi)外部長短無明顯區(qū)別。

        (5)查閱設(shè)備出廠原始資料發(fā)現(xiàn)A塔出現(xiàn)裂紋的焊縫制造棱角度接近于允許偏差范圍的上限。

        4 設(shè)備制造過程棱角度超標(biāo)的預(yù)防措施

        根據(jù)制造廠家的調(diào)查,出現(xiàn)裂紋的焊縫A1板寬為2 660 mm,下料切割后,使用三輥卷板機(jī)進(jìn)行卷制。使用三輥對(duì)稱式卷板機(jī)卷制圓筒體時(shí),由于該卷板機(jī)構(gòu)造的特殊性及工作原理,縱焊縫附近不可避免地存在一段直邊,直邊段的寬度及每次卷制彎度的大小完全由卷板機(jī)操作人員的技能、經(jīng)驗(yàn)及仔細(xì)程度決定。所以設(shè)備制造過程中棱角度質(zhì)量控制應(yīng)注意以下幾方面:采用四輥卷板機(jī)卷制圓筒體,從儀器設(shè)備方面減少直邊段;提高操作人員的技能水平;加強(qiáng)操作及檢驗(yàn)人員的責(zé)任心;根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)制訂焊接反變形工藝。

        5 結(jié)束語

        根據(jù)以上分析,結(jié)合使用工況以及原始資料,認(rèn)為設(shè)備制造時(shí),由于鋼板卷制壓弧操作不當(dāng),致使卷板機(jī)對(duì)縱焊縫側(cè)壓弧過度,形成翻邊,焊接后棱角度已接近于超標(biāo)范圍,結(jié)合面處存在應(yīng)力集中;設(shè)備投用后,使用年限已達(dá)15年,由于操作壓力的累積交變,使得由棱角度超標(biāo)造成的焊縫應(yīng)力較嚴(yán)重地集中,經(jīng)過設(shè)備長期疲勞運(yùn)行,設(shè)備圓筒體從焊縫上的孔狀缺陷部位起裂,逐步擴(kuò)展成為穿透性裂紋。對(duì)于易疲勞容器,設(shè)備制造過程中每道工序的質(zhì)量保證都非常關(guān)鍵,任何質(zhì)量缺陷都將影響設(shè)備的使用壽命,更嚴(yán)重的將會(huì)造成質(zhì)量安全事故。

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