16.在役焦炭塔筒体鼓胀变形分析(daigai)

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1、在役焦炭塔筒体鼓胀变形分析在役焦炭塔筒体鼓胀变形分析郭宏伟121001辽宁石化职业技术学院机械技术系金春远121001中国石油锦州石化公司焦化车间摘要焦炭塔从1990年建设投入运行至今，在运行过程中从塔底部锥段向上多层塔节发生了臌胀变形，并发现了大量表面裂纹，利用射线、超声、着色等无损检测手段检测，金相显微组织分析等手段进行定量与定性分析，确定该塔还可以在稳定操作条件下继续生产。关键词焦炭塔变形检测分析1引言4#焦炭塔是1990年11月制造安装、并于同年12月投入运行的大型设备。该设备的材质为20G；规格尺寸为φ6100×31027×30/36（mm）；上

2、封头为球形，下封头为锥体结构；设计压力：0.3MPa，设计温度：上段440℃，下段475℃；操作压力：0.2MPa，平均操作温度：460℃（上段430℃，下段490℃）。该焦炭塔在运行中，每隔48小时压力和温度变化一次，内部介质为焦化富气、汽油、柴油、蜡油、石油焦、水和水蒸汽。该焦炭塔自投入运行以来，在多年的运行中鼓胀变形严重，且工况恶劣，对其运行的安全构成了威胁。图1变形的焦炭塔塔体图2塔体上的表面裂纹24#塔体直径及高度测量塔体筒节内径的测量数据见表1，筒节高度的测量数据见表2。筒壁编号及变形情况示意见图3。表14#焦炭塔筒节内径Di6在役焦炭塔筒体鼓

3、胀变形分析表24#焦炭塔筒节高度H从表1及表2中的测量结果可以看到4#焦塔塔节径向鼓胀变形量在逐渐增大，而且筒节高度也发生了明显倾斜性变化，4#焦炭塔确已发生了比较严重的变形。图34#焦炭塔筒节编号及变形示意图外观检查发现，最大错边量：纵缝3.0mm，环缝4.0mm；最大棱角：纵缝5.0mm，环缝6.0mm；局部变形凸凹量：230mm。布点测厚共测178点，筒体壁厚最小值为33.4mm，最大值为36.1mm；封头壁厚最小值为33.1mm，最大值为33.5mm。腐蚀检查表明，未见明显腐蚀。3无损检测及结果6在役焦炭塔筒体鼓胀变形分析3.1渗透检查在变形较大外

4、壁的三道环缝中，在沿焊缝两侧均查出整圈的表面裂纹，另两道环缝上也查出了长度十分严重的表面裂纹；另外在塔体内壁上，也查出一些表面龟裂裂纹，其中最长一处裂纹尺寸为50mm。3.2射线探伤在有条件的位置合计拍片总数共408张，其中环缝358张，纵缝50张，裂纹片120张。3.3超声波探伤由于渗透探伤和射线探伤查出的裂纹缺陷极其严重，考虑到费用及时间因素，故决定采用超声波方式对没作渗透和射线检查的其余焊缝进行探伤，又查出了数量可观的新裂纹缺陷。后经返修打磨证实，经本次超声波探伤内壁环缝13道，共计发现73处超标性缺陷，所确定的超标缺陷100%皆为裂纹性缺陷。纵焊缝

5、上也查到了超标缺陷。4金相显微组织分析4.1金相组织分析对4#焦炭塔鼓胀变形严重的下锥体、第一至第五筒节的塔壁母材及其相邻的焊缝作了金相组织分析。母材组织：铁素体+珠光体焊缝组织：魏氏体或铁素体+珠光体热影响区组织：粗大魏氏体晶粒度：6级部分筒体母材组织出现珠光体球化，球化级别为4级或3级。4.2表面裂纹检验和其附件金相组织分析从第四道环焊缝外表面裂纹明显处挖取试样，对其表面裂纹的侧面形貌、裂纹附近的金相组织及裂纹的深度进行了分析和测定。图4分别是一条表面裂纹的不同区段、不同放大倍数的图像。另外，也对焊缝表面的夹渣缺陷也作了放大观察。表面裂纹的深度较小，实

6、测为0.68mm。考虑打磨的厚度，该表面裂纹的深度估计约为1.0~1.5mm，属较浅的裂纹。从图像可明显看到，裂纹是由外壁表面启裂后，沿着垂直于壁厚的方向往内壁扩展的，从微观组织上可看是典型的穿晶式扩展形貌，这应属于疲劳裂纹扩展的典型形貌。呈黑色的裂纹两侧组织应为高温（500℃）下金属被氧化后得形貌。图4不同放大倍数下裂纹形貌6在役焦炭塔筒体鼓胀变形分析图5基体组织（晶粒度：8.5级）图6焊缝及热影响区组织形貌图5和图6分别为材料外壁的母材、焊缝和热影响组织。母材为铁素体+珠光体；焊缝为铁素体+珠光体；热影响区为魏氏体（网状）、母材晶粒度8.5级，未见到珠

7、光体球化现象。金相组织为正常组织。5硬度测定焦炭塔的硬度测定结果见下表3。表3焦炭塔硬度测量结果从表3中结果可见，焦炭塔塔体材料长期在500℃条件下运行，其母材、焊缝、热影响区的硬度都属正常范围。6断裂安全分析6在役焦炭塔筒体鼓胀变形分析检查出了相当数量的表面龟裂裂纹及多条环焊缝附近存在着极其严重的表面裂纹，金相检查表明，微观组织正常。虽发生了珠光体球化现象，球化级别已达到4级，判为合格。4级球化对材料的性能只有不大的不良影响；另外，硬度测定结果正常。7塔体变形分析4#焦炭塔经过多年时间运行后，下部筒体已发生了比较严重的膨胀变形，位于下面二、三、四节变形较

8、严重。所有测定结果充分说明4#焦炭塔下部塔体一次比一次更加明显的鼓