PTA精制干燥机加热管破裂失效分析.pdf

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1、650化工机械2012年_——————————————————————————————————————————————————————————一PTA精制干燥机加热管破裂失效分析蒋维宏+1程文军2(1．中国石化仪征化纤PTA生产中心；2．中国化工装备总公司)摘要介绍了DuPONTPTA装置精制干燥机在投入运行7年后内部加热管破裂损坏情况，通过宏观检验及化学成分分析等方法，找出加热管破裂失效的原因，并对产生缺陷的根本原因进行分析，以避免进一步损坏。关键词干燥机加热管应力裂纹腐蚀中图分类号TQ051．8+92文献标识码B文章编号0254—6094(2叭2)05-0650_

2、04仪征化纤公司P1'A2’装置Ml-1423精制干燥机，是PTA装置的关键设备之一，为大型进口设备。运行7年后，内部换热管出现泄漏，被迫停车检修。该干燥机是一种间接加热的旋转蒸汽列管式干燥机，设备长24．5m；简体直径由3800mm；筒体材料304L，加热管材料316L，规格分别为币141．30mm×3．40mm，咖114．30mm×3．05mm，咖101．60mm×3．05mm，咖88．90mm×5．49mm；设备总重337t；转速5r／min；最大工艺处理量84t／h干料。干燥机筒体在托轮和滚圈的支撑下与水平面成2：100的倾角旋转。湿含量为15％的PTA物料从

3、筒体的高端加入，经螺旋输送器送至干燥机筒内，物料在圆筒中被蒸汽加热管间接加热，并在简体的转动下向前运动，干燥后的P．I’A粉末从低端排出。载气从出料系统进入，与物料形成逆流，干燥过程中产生的湿组分由载气(氮气)携带出干燥机。而加热蒸汽则从旋转接头进入蒸汽分配室，经分配室分配给每根加热管进行换热，换热完毕后，凝液从旋转接头中心套管排出。在设计时需考虑干燥机必须具有足够的换热面积和容积以确保湿物料能够达到产品干燥要求。1宏观和低倍分析停产时通过机械方法抽出两根发生泄漏的换热管，在换热管外面可见大量的裂纹，主要沿纵向开裂，并有很多腐蚀孑L存在，如图1、2所示。切取带有裂纹的

4、加热管段，向内弯折形成裂纹断口。在加热管表面裂纹开口较宽处，由于加热管管壁已经完全裂透，因此形成的裂纹断口比较陈旧且没有明显的塑性变形。在加热管表面裂纹较细处，由于加热管管壁并没有完全裂透，形成的裂纹断口比较新鲜而且管壁原未裂部分在向内弯折时形成的断口有一定的塑性变形。通过对干燥机加：；i溯图l加热管表面形貌图2加热管表面点蚀孔及裂纹形貌+蒋维宏，男，1970年lo月生，高级工程师。江苏省仪征市，211900。第39卷第5期化工机械65l热管表面及断几的宏观、低倍形貌观察，确认腐蚀孔和裂纹产生于加热管的外壁，并向内扩展造成加热管的破裂。2换热管材料成分分析在PrI’A

5、干燥机加热管上取块状样品，使用莹光光谱仪等，依据GB／T16597．1996，对其材料进行化学成分分析，结果见表l。加热管材料为316L不锈钢。表l加热管材料的化学成分％3金相组织分析从加热管上取横向金相样品，经研磨、抛光、用lO％草酸溶液电解腐刻后，观察其金相显微组织。可见裂纹起源于加热管外壁，裂纹呈枯树枝状并穿晶扩展，如图3所示。其裂纹的形貌及扩展路径属于典型的应力腐蚀开裂。图3加热管横截面金相组织4扫描电镜分析利用扫描电镜对加热管裂纹断u和点腐蚀坑孔内进行观察和分析。在加热管管壁裂纹完全裂透处打开的断口，该处断Lj表面陈旧，有锈蚀覆盖，为脆性解理断裂，还有二次裂

6、纹存在；能谱分析有O、S元素存在(图4)。在加热管管壁裂纹未完全裂透处打开，断口表面干净。其中原有裂纹处为脆性解理断口，并有二次裂纹存在(图5a)，能谱分析有O、S元素存在；原裂纹处未裂透部分形成的断口为韧性断裂(图5b)。将加热管外表面带有点蚀孔和裂纹部分打开，获得带有点蚀孔和裂纹的断口，对其进行观察和分析。由点蚀孑L和裂纹打开的断口形貌有所不同。点蚀孔处的断口形貌呈现出腐蚀由表及里一层一层地向内逐渐发展，未见有二次裂纹存在；而裂纹打开的断口形貌是呈河流状脆性解理断裂，断口上有二次裂纹存在。在点蚀孔的孔壁上有O、S、Cl元素的存在，局部处co、Mn元素的含量很高(C

7、o、Mn应该来自于醋酸钴和醋酸锰)，这说明在点蚀孔内富集了腐蚀性介质(图6)。在点蚀孔的底部裂纹断口处有很高含量的O、s、cl元素(图7)，其中cl元素的存在，是造成加热管点蚀和应力腐蚀的主要腐蚀性介质。图4加热管裂纹断口形貌和能谱分析652化：』二机械2012年a．f

8、i11胖断裂和二次裂纹h．纠"：断裂干【I韧窝图5加热管未完全裂透处断口形貌图6加热管表面点蚀孔壁处的断口形貌和能谱分析图7加热管表面点蚀孔底处的断口形貌和能谱分析5分析与讨论一般认为，材料产生应力腐蚀有3个条件：特定成分组织的金属、环境腐蚀介质和足够大的拉应力。5．1敏感的合金(材