HFC-134a预热器失效分析.pdf

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1、第37卷第1期化工机械103HFC一134a预热器失效分析淡勇+(西北大学)摘要针对HFC一134a预热器泄漏事故分析问题，采用失效分析理论和方法，对其进行全面的检测和解剖分析，获得了预热器壳体材料的化学成分、力学性能、金相组织以及腐蚀机理等多项失效分析指标。综合分析结果表明，该预热器失效的主要原因是局部过热、组织劣化、强度下降、介质腐蚀、壁厚减薄和鼓包开裂。关键词预热器失效分析腐蚀机理中图分类号TQ051．5文献标识码B文章编号0254-6094(2010)01-0103-05石油、化工行业中所用的设备大多属于特种设备，它

2、们的工作条件苛刻，常在高温、高压状态下工作，有时还伴有震动、冲刷、磨损以及腐蚀等联合作用，在生产中失效事故常有发生。由于化工设备失效造成的损失非常惊人，不仅会造成巨大的经济损失，有时还会造成不可挽回的人员伤亡，故对化工设备的失效进行分析和研究，对保证设备的安全运行制定预防措施，提高生产和经济效益具有极其重要的意义。失效分析现已发展成为一门新兴分支学科——失效学。它的主要任务是对失效设备进行检测与剖析分析，得出对失效设备的失效模式、失效原因和失效机理的准确判断，为采取相应的补救和改进措施，提高产品的使用可靠性和安全性提供依据。

3、近年来国内外学者和有关机构，在化工设备的失效分析方面做了大量的工作¨“1’，在失效的理论研究和实践分析方面取得了不少优秀成果。笔者针对一起生产装置中化工设备的泄漏事故，应用失效学的理论和方法来分析失效原因、研究失效机理，为该类设备的改进、预防与安全使用提供科学依据，同时也为加强交流，提高失效理论研究水平和工程分析能力提供参考。1失效设备技术参数失效设备为新型制冷剂HFC一134a生产装置中的一台预热器，其壳体结构为圆柱筒，公称直径为1000mm，名义壁厚为11mm，壳体材料为Q345R(外壁基材)+Inconel600(内壁

4、)复合板，内部采用电热管束加热操作介质，设计压力为1．6MPa，设计温度为280℃，工作介质为HFC一133a、氟化氢、三氯乙烯和氯化氢。使用过程中预热器发生鼓包、破裂，造成有害气体外泄漏事故。2失效设备宏观检查宏观检查发现，预热器壳体(图1)外表面约70％漆皮脱落，金属材料发蓝，氧化皮脱落，局部图1预热器壳体破裂宏观形貌·淡勇，男，1961年7月生，副教授。陕西省西安市，710069。104化工机械2010短有过热、过烧的显著特征，壳体上有一明显的轴向长约1240ram、周向长约135mm、高约130mm的鼓包，鼓包上有一

5、长约120mm、宽8—12ram的轴向开裂裂缝，裂口附近表面斑驳，呈黑黄色，并向外鼓起。解剖后发现，预热器内部电加热管束间充满了沉积物，壳体内壁有黑色和红色附着物，断13呈锯齿状，断面呈黑黄色，且有大量覆盖物。垂直断图2断口剖面宏观形貌图13切取一段试样，发现断El附近壁厚收缩，且有颈缩现象，如图2所示。鼓包区壁厚最小值约为6．2壳体内壁黑、红色附着物中的元素含量，检测结果mm，断口部位壁厚最小值约为4mm。见表1。分析、推论沉积物和附着物中主要为单3失效设备腐蚀机理分析体碳，金属氟化物、金属氯化物、金属氧化物，主要采用无标

6、样方法检测电加热管束间沉积物和成分是c、F、CI、Ni等。表1壳体内壁附着物中的元素含量％裂缝断口扫描电镜显微结果显示，断口表面有大量的覆盖物，无法观察断1：3形貌。能谱分析结果见表2，断口表面含有较高的氧元素和氯元素。x射线衍射(XRD)分析结果表明，断口表面覆盖物的结构主要是金属氯化物、金属氟化物和金属氧化物。表2断口能谱分析结果％综合上述检测结果分析可见，在HFC-134a预热器内壁存在由F、C1、0元素造成的化学腐蚀，金相组织显微观察结果也证实了这一分析结果。4失效设备理化检验4．1化学成分分析在壳体上取样，对壳体材

7、料进行化学成分分析，结果见表3。表3壳体材料(Q345R+Inconel600)化学成分％由表3可见，壳体外壁材料Q345R的化学成分符合GB713．2008(锅炉和压力容器用钢板》标准要求，壳体内壁材料Inconel600的化学成分符合ASME标准要求。4．2力学性能测定在壳体正常部位和裂缝附近各取3个室温拉第37卷第1期化工机械105伸试样，按GB／T228-2002(金属材料室温拉伸试验方法》标准测定其力学性能，结果见表4。表4力学性能测定结果由表4可见，裂缝部位的抗拉强度、屈服强度相对正常部位有明显的降低，而延伸率有

8、所增高。4．3金相组织分析在壳体正常部位和垂直裂缝断口部位各取一个金相试样(镶嵌剖面)，分别编号为1。、2’(图3)。测定1。试样厚度为：8ram(外壁)+3ram(内壁)，2’试样厚度为：4．5mm(外壁)+1mill(内壁)。图3金相试样宏观形貌图51’试样Inconel600显微组织