城市天然气管网用波纹管膨胀节开裂分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com石油与化工设备城市天然气管网用波纹管膨胀节开裂分析董保胜，陈志昕，陈宏达。，赵勇辉，秦文平(1．中国石油集团石油管工程技术研究院，陕西西安710065)(2．西安秦华天然气有限公司，陕西西安710075)[摘要]对两件城市天然气管网用奥氏体不锈钢波纹管膨胀节发生的波峰环向开裂进行了失效分析，经显微硬度、化学成分、断口金相、扫描电镜和能谱检测及分析表明，波纹管开裂形式为典型的应力腐蚀沿晶开裂，主要原因是波峰处硬度偏高及c1一和s2等有害元素所致。[关键词]波纹管膨胀节；应力腐蚀开裂；失

2、效分析波纹管膨胀节是城市天然气输送管网系统中最常用的补偿元件。管道的冷热变形、机械变形、各种振动、大型贵重设备与管道间的柔性连接等都离不开波纹管膨胀节。波纹管膨胀节因具有投资少、见效快等特点，而得到广泛应用。单式轴向U型波纹管膨胀节是常用的一种形式，与其它受压管道元件如阀门、弯头、法兰等相比，波纹管膨胀节是管道系统中的薄弱环节。近年来，我国城市天然气管网使用奥氏体不锈钢波纹管膨胀节的情况愈来愈多，用量也愈来愈大，膨胀节失效事例也愈来愈多f1】。本文对两件城市天然图11号波纹管宏观开裂形貌气管网用奥氏体不锈钢波纹管膨胀节

3、的开裂进行了失效分析，给出了失效原因和使用建议。l开裂情况及宏观分析两件开裂的波纹管为GB／T12777一l999《金属波纹管膨胀节通用技术条件》规定的单式轴向u型波纹管，端部为法兰连接型式，设计压力1．6MPa，工作压力0．2MPa，公称通径80ram，波数4，波纹管壁厚1．0mm，据用户提供信息，波纹管材质为0Crl8Ni9或1Crl8Ni9Ti奥氏体不锈钢钢板。编号为1号的波纹管膨胀节2006年10月启用，图22号波纹管宏观开裂形貌2007年冬季在流向方向第2波峰处发生环向开裂，2金相分析裂口长19．7mm，最宽

4、处约0．5mm，宏观开裂形貌在1号和2号波纹管裂口中间最宽处取金相试如图1所示。编号为2号的波纹管膨胀节2005年8月样进行观察，结果表明两件波纹管断口附近均有启用，2007年冬季在流向方向第2波峰处发生环向腐蚀产物及裂纹，裂纹起源于内表面，裂纹内填开裂，裂口长15．7mm，最宽处约2mm，宏观开裂满腐蚀产物，裂纹开口大，尖端细小，裂纹沿晶形貌如图2所示。取样后用肉眼观察两件波纹管外分布，2号波纹管裂纹还发现有分叉，金相组织为表面未开裂的波峰部分，发现波峰内表面有环向奥氏体，晶粒度为9．5级，如图3～6所示。开裂，据此

5、初步推断裂纹起始于内表面。用户同时还送来一件未启用的相同型号的新波纹管膨胀作者简介：．董保胜(1970一)，男陕西西安人，高级工程师，硕士学位，主要从事压力容器、大型储罐和油气输送管道节，编号为3号，供对比分析用。的安全评价与完整性研究工作。学兔兔www.xuetutu.com第7期董保胜等城市天然气管网用波纹管膨胀节开裂分析一7一图31号波纹管中的典型裂纹500X图41号波纹管金相组织500Xl／、I_-一▲[矗立婪曼卜图52号波纹管中的典型裂纹200X图62号波纹管金相组织500X3断口扫描电镜分析示。图9中上半部

6、分为掰断断面，下半部分为原始用扫描电子显微镜对1号和2号波峰开裂面进断面，可见掰断断面形貌为韧性断面，与原始开行观察，结果显示2件波纹管开裂面的显微形貌均裂断面形貌明显不同。对1号和2号原始开裂断面为典型的沿晶形貌，如图75[1图8所示。为进一步进行能谱分析，结果表明：1号波纹管开裂面上主探究断面特征，将1号波纹管裂尖处含裂纹但又要成分为Fe、O、Cr、Ni及少量有害元素SSHC1，未完全开裂的一小段波峰用手掰开，然后用扫描如图1O所示；2号波纹管开裂面上主要成分为Fe、电子显微镜对断面进行观察，断面形貌如图9所0、C

7、r、Mn、Ni及少量有害元素S，如图1l所示。)‘髓0H·cr氯0神m^埘，．。口瑚DIa-妇蜘啼I_y嚣岫棚l_fDt8Eo帅0m，”，0卵，姑o硼er雌c0p■n·一图71号波纹管断口表面沿晶形貌图82号波纹管断口表面沿晶形貌学兔兔www.xuetutu.com18一■技术交流石20油10与年化第工设备一13卷”O甜sED~taoorOaE呻州蝴，’D4～廊舳8唧脯啪#co州ll~ging一图917一波纹管掰断断面和原始断面E1ementWeight％Atomic％0K9．2325．48SiK1．582．48SK0

8、．99‘1．36ClKO．931．16KK0．76O．86CrK5．544．7OFeK78．6262．18NiK2．361．78Totals100．O0图101号波纹管开裂面能谱分析结果E1ementWeight％Atomic％0K1O．0727．01A1K1．1O1．75SiK1．692．59SKL021．37KK1．421．5