催化装置烟气轮机转子叶片开裂分析.pdf

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1、第40卷第4期化工机械519催化装置烟气轮机转子叶片开裂分析王大成“李力驳1’2陈志静1(1．广东石油化工学院机电工程学院；2．太原理工大学化学化工学院)摘要通过对烟气轮机叶片断裂样本进行外观检查、化学成分分析、硬度测试、金相分析和电镜下断口分析。找出了叶片断裂失效的原因：由于叶片存在原始铸造缺陷——孔洞和裂纹，且组织中存在沿晶界分布的脆性相，加之叶片长时间运行在高温下承受的热交变应力与粉尘冲刷，导致微观裂纹扩展串接形成晶间宏观裂纹，达到一定尺寸时，沿树枝晶晶间突然脆性断裂。据此，提出了相应的解决对策。关键词

2、催化裂化装置烟气轮机叶片失效原因中图分类号TQ052．4文献标识码B文章编号0254-6094(2013)04-0519-04烟气轮机是炼油厂催化裂化装置能量回收机组的重要设备之一，它的平稳运行与否直接关系到整个机组乃至整个装置的生产安全⋯。叶片的使用寿命不仅受到叶片的材料、加工工艺影响，而且与叶片的运行环境密切相关旧J。转子叶片在高速旋转状态下工作，不仅要承受高的离心负荷、振动负荷和热负荷，还要承受环境介质的腐蚀与氧化，以及高速运行微小粒子的冲蚀，因而在实际使用过程中出现失效的概率较高¨’4]。某型号烟气轮

3、机叶片材料为K213，该烟机于1996年10月开始投用，连续运行时间从2010年3月26日开始，2011年6月8日发生故障被迫停机，经检查发现为烟机转子叶片断裂，此次烟机转子叶片的断裂给生产带来巨大的经济损失。为消除安全隐患，避免今后类似事故发生，笔者对该烟机转子叶片的断裂原因进行了全面详尽的分析，以找出该烟机转子叶片断裂的主要影响因素，进而采取相应的改进措施，延长转子使用寿命，确保装置长期安全、稳定运行。1失效叶片检验及结果1．1外观检查失效叶片如图1所示，取6件样本进行分析检验，样本编号为1。、2’、34

4、、44、5。、6。。其中l4、2。、5。、6。失效为表面断裂，均在边缘部位，表面有油污，未见局部腐蚀和减薄，断口表面高低不平，无塑性变形；3。、4。样本平行于连接部位断裂，断口表面起伏较大，无宏观塑性变形，裂纹源为叶片表面，在扩展区域有一扩展平台、弧线，起伏较大区域为最后断裂区。图1失效叶片1．2化学成分分析烟气轮机叶片材料的化学成分见表1，与Q／GYB502—1999(K213合金锭》相比，碳含量略微偏高，其余元素基本符合标准范围。·王大成，男，1964年1月生，副教授，副院长。广东省茂名市，525000。

5、520化工机械2013年表1试样化学成分％试样编号CSiMnSP1。0．120．240．100．00420．0083。0．120．220．110．00430．0084。0．120．23．0．100．00420．0086。0．120．220．100．00430．007K213Q／GYB502-1999≤O．10／≤0．50≤0．0151。14．2035．020．150．10／K213Q／GYB502—199914．00～16．0034．OO一38．00≤0．50／3．0。4．01．3硬度测试的布氏硬度值换算为维

6、氏硬度为342HV5，从表234、4’、54号试样根部的维氏硬度试验值见表中可以看出，试样的硬度值明显高于标准的规定2。标准Q／GYB502—1999《K213合金锭》中规定值。表2试样硬度值HV53。378．2381．8374．4410．5418．7402．9394．44。353．5387．4369．4424．5406．5405．0391．15’424．5409．5420．541821．4金相分析对44、54断El剖面进行金相分析发现，叶片金相组织为奥氏体+1’+碳化物，碳化物沿晶界分布，组织不均匀。裂纹起

7、始于表面缺陷处(图2、3)，并沿晶界扩展。叶片内部存在铸造缺陷孔洞和氧化裂纹(图4～6)。图44。内部缺陷图55。内部缺陷／mO孔博毖O0m％乏；弘”拍∞m舵MH”妒p第40卷第4期化J：机械521黼震}：1。·j。l。?。二鑫毒。0，冀焚坤溺鹾萎霪譬d．’．。·⋯～繁．。一霉，图65。内部氧化1．5断口分析1．5．1断口宏观特征取3。、4。样本断口，断口平行于连接部位根部，裂纹源位于样本表面；由内表面向基材扩展，有扩展平面、弧线；断面粗糙，起伏较大，无宏观塑性变形、无壁厚减薄，无金属光泽，呈黑色。打开2。样

8、本断口，断面粗糙，无宏观塑性变形、无壁厚减薄，无金属光泽，呈黑色。1．5．2微观形貌特征34、4。样本断口，在源区表面覆盖一层较为致密的氧化产物，树枝晶断裂开裂，并且表面有原始孔洞缺陷，如图7所示；在裂纹尖端和瞬断区，表面覆盖氧化产物较少，断口表面以树枝晶断裂开裂为主，伴随大面积韧窝、解理开裂和二次裂纹(图8、9)。2。断口表面无氧化产物，大面积韧窝、伴随解理开裂，晶界间存在孔洞等铸造缺陷，如图10