高温烟气膨胀节波纹管开裂失效分析.pdf

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1、728化工机械2015焦高温烟气膨胀节波纹管开裂失效分析+万泰力”1孟庆武2(I．大庆炼化公司；2．东北石油大学)摘要为查明重油催化生产装置中的一套高温烟气膨胀节波纹管的泄漏原因，针对波纹管进行了检测分析结果袁明，波纹管开裂失效是高温烟气中的硫化物造成的应力腐蚀。根据失效机理以及现场情况，采取了波纹管更换材料、降低连接附加载荷以及停工时热空气吹扫等技术措施，使得膨胀节的使用寿命延长，关键词膨胀节波纹管开裂失效分析应力腐蚀中图分类号TQ055文献标识码B文章编号0254_6094(2015)05-0728-03膨胀节(又称补偿器或者伸缩节)是石油化工装置中常用的一种能自由伸

2、缩的弹性补偿机构，用于补偿因温度差或者机械载荷而产生的附加应力以及减振和降噪二1’“。近年来，炼油装置中的膨胀节失效事故时有发生。例如，1995年的吉林石化公司。、2004年和2013年的大连石化公司。卜4、2006年的玉门炼油厂”j均发生过膨胀节失效事故，给企业生产造成一定的经济损失。膨胀节失效机制比较复杂，由于长期承受高温、介质腐蚀及交变载荷等恶劣工况，导致其金属波纹管产生晶间腐蚀、腐蚀疲劳、应力腐蚀及高温损伤等失效’6“”。2012年某炼油厂重油催化生产装置中，一套高温烟气膨胀节在使用了一年多就发生了开裂泄漏。为了生产继续运行，将泄漏波纹管处在线补焊密封套，勉强维持

3、使用，待大修时更换。膨胀节的波纹管壁厚为2．5mm，材料为Incoloy800，操作温度670～680qC，操作压力0．2～0．3MPa，介质为高温烟气。为查明原因，针对其开裂波纹管进行检测分析，以确定其失效性质和原因，为相关膨胀节制造和使用提供借鉴和指导。1膨胀节泄漏宏观检查分析将膨胀节外侧的密封套切割开，露出里侧的波纹管。由图1、2可以看出，波纹管的波峰处存在一条较大的裂纹，这条裂纹造成了膨胀节泄漏。将开裂处的波纹管切割取下一部分，制备成各类试样，进行检测分析。图2波纹管泄漏部位的裂纹形貌2波纹管内外壁微观形貌检测分析在远离波纹管开裂区域截取多个小试样，用+国家科技支

4、撑计划项目(2012BAH28F03)。{}万泰力，女．1970年8月生，工程师。黑龙江省大庆市，1634ll。第42卷第5期化工机械729超声波清洗干净，利用扫描电镜观察分析试样表面的微观形貌，查找是否存在微裂纹。由图3波纹管内壁表面的微观形貌可以看出，在多个波纹管试样内壁均发现微裂纹，在波纹管外壁表面未发现微裂纹，表明波纹管的裂纹萌生于内壁，向外壁扩展开裂。图3波纹管内壁的微裂纹形貌波纹管的外壁一侧暴露在空气中，而其内壁接触高温烟气，烟气中SO、等硫化物较多，腐蚀性很强。由此可以判断出，波纹管内壁一侧的高温烟气腐蚀作用是造成波纹管开裂的重要因素：3波纹管开裂断口微观检

5、测分析在波纹管开裂处截取断口小试样，用超声波清洗干净，利用扫描电镜观察分析断口表面的微观形貌(图4)，可以看出，波纹管断口表面存在二次裂纹，并且断口表面腐蚀严重，在高倍下断口表面布满腐蚀产物(图5)。用能谱仪检测断口表面的腐蚀产物，结果显示腐蚀产物中含有较多s元素，这说明烟气中的硫化物(主要为SO：)对波纹管开裂起到腐蚀作用。用盐酸与六亚甲基四胺配制清洗剂，将断口表面的腐蚀产物清洗掉。由酸洗后的波纹管断口微观形貌(图6)可以看出，断口微观形貌特征为脆性解理断口，这就排除了波纹管过载以及高温蠕变造成塑形开裂的可能性。图5波纹管断口的高倍微观形貌(酸洗前)艮】(1．7￡：’之

6、7彳三‘!]、o’]．‘巧jj”。：。：，1二(1《．电^’i4波纹管试样金相组织检测分析在波纹管上靠近开裂以及远离开裂区域各截取小试样，经研磨抛光后用王水溶液浸蚀，制备成金相试样，利用金相显微镜对试样的金相组织以及裂纹扩展形态进行观察分析二图7为波纹管上远离开裂区域的金相组织图片，可以看出波纹管金相组织为奥氏体，其中夹杂有小颗粒状碳化物，晶粒度评定等级为6级，未发现异常组织和粗大夹杂物。图8、9为波纹管上靠近开裂区域的微观组织图片。图8为王水浸蚀前的组织中微裂纹扩展形态，可以看出裂纹扩展呈现明显的树枝分叉形态，这是应力腐蚀裂纹的典型形态。图9为王图4波纹管开裂断口的低倍

7、微观形貌图7波纹管微观金相组织×100730化工机械2015正图8波纹管未浸蚀组织中微裂纹X100图9波纹管浸蚀组织中微裂纹X500水浸蚀后的组织中微裂纹形态，可以看出裂纹扩展呈现穿晶形态，未发现明显的沿晶腐蚀特征。5预防建议根据膨胀节失效机理以及现场实际情况，制定了以下技术措施来延长其使用寿命：将波纹管的材料更换为耐蚀性能更好的镍基合金In—conel625；调整膨胀节连接两端的烟气管路接口距离与对中性，尽量减小膨胀节连接造成的附加载荷；装置检修停工时通入热空气吹扫，避免硫化物的露点腐蚀产生。，6结束语应力腐蚀产生的条件是拉