反应器裂纹的分析评定和修复.pdf

《反应器裂纹的分析评定和修复.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第37卷第4期化工机械485反应器裂纹的分析评定和修复张鲜俊‘李丰丁毅(大连市锅炉压力容器检验研究所)摘要对大连华能化工厂反应器在检修期间发现的裂纹进行了原因分析，通过必要的理论计算进行安全评定，确定最终的修复方案，同时对设备在运行过程中的监控提出了建议。关键词反应器裂纹评定修复中图分类号TQ052．5文献标识码B文章编号0254-6094(2010)04-0485-03在服役条件恶劣的承压设备检验中，裂纹是一种危害性较大的缺陷，常出现于各种反应器内壁，换热器壳体以及管线的焊接部位。虽然已有学者对裂纹形成机理进行了研究，各制造及使用单位对裂纹采取了一些相应的措施，但因设备

2、制造和服役条件的复杂性，裂纹仍然不断产生。笔者对大连华能化工厂的一台反应器检验中发现的裂纹进行分析，通过必要的理论计算进行安全评定，确定最终的修复方案，同时对设备在运行过程中的监控提出了建议，旨在对承压设备的缺陷检验及其缺陷防范提供参考。1设备概况该反应器由原化工部第六设计院设计，金州重型机器厂按JB741．80规范制造，于1991年12月出厂，实际累计运行4a，停车检验时发现多条裂纹。反应器参数如下：筒体材料2．25Cr—lMo名义厚度105mm腐蚀裕量2．0mm容器外径1010mm容器内径800mm筒体长度8200mm最高工作压力24．9MPa最高工作温度250℃容器

3、内外壁最大温差10℃屈服强度385MPa抗拉强度515MPa弹性模量206GPa断裂韧度2620N／mm焊缝金属屈服强度400MPa运行介质H：、CH。、酯、甲醇2裂纹的测定对设备内表面焊缝进行UT和biT检测时发现两条焊缝存在裂纹(图1)。1。裂纹位于纵缝，为垂直焊缝的横向裂纹，深度5—8ram；2’和3。裂纹位于环缝，与焊缝各成45。夹角，呈人字分布，深度分别为9ram和11mm，间距3．0mm，两裂纹在轴向的投影总长为36mm。a．纵缝上的裂纹b．环缝上的裂纹图1裂纹位置及尺寸示意图由图1可见，纵、环缝的起裂点都在焊趾附近，说明母材的抗裂性能较好，而焊缝较差。从金·

4、张鲜俊，男，1979年6月生，工程师。辽宁省大连市。116013。486化工机械2010拄相照片看，母材组织为正常的铁素体+珠光体(图2)；热影响区为铁素体+粒状贝氏体，焊缝则为纯粹的粒状贝氏体，裂纹为穿晶裂纹(图3)。图2母材内表面金相×600图3裂纹处金相×1003裂纹原因分析3．1氢腐蚀在高温高压工况下，氢渗透进入基体内，部分与钢中的不稳定碳化物发生化学反应生成甲烷：Fe3C+2H：_3Fe+CH。t，这个反应同时引起两个不良影响：一是钢材内部脱碳；二是生成的甲烷不能从钢中逸出，与未参加上述反应的氢一起，聚集在晶界及其附近的空隙、夹杂物等不连续处，以此为起点形成空隙

5、、微小裂纹或鼓泡，随着空隙内压力不断升高，开裂增大，导致钢材的延展性和韧性显著下降。2．25Cr．1Mo钢是否存在氢腐蚀倾向，目前存在较大争议。比较一致的观点是2．25Cr．1Mo及其以上钢种，运行中的开裂是由于制造过程中的焊接、热处理等工艺过程控制不严，残留较多H：，加之运行中H：的增加，导致延迟开裂。3．2氢脆氢脆是氢残留在钢中所引起的一种材料脆化现象，表现为材料的延伸率和断面收缩率明显下降。氢脆现象与材料本身的强度有关，材料强度越高，只要吸收少量的氢，就可引起严重脆化。焊接工作中，对焊缝金属(焊条)要求低氢、超低氢，焊后立即进行消氢处理，其目的就是为了防止焊接接头因

6、氢扩散而引起脆性开裂。3．3蠕变损伤(脆化和开裂)蠕变是指在高温时，钢材在低于盯。的弹性应力下产生塑性变形，经过一定的时间累积后引起永久变形或破坏的现象。由金属材料塑性变形引起的破坏，随着温度的升高，由晶内破坏向晶界破坏转变。反应器的蠕变裂纹大多发生在应力集中区，造成2．25Cr-1Mo材料晶内破坏。4评定结果按照GB／T19624-2004自编计算软件，依据容器的各项参数数据，省去详细的计算和评定过程，给出图1a所示的纵缝环向裂纹和图1b所示的环缝裂纹群的评定结果，见表l。表1裂纹的安全评定结果第37卷第4期化工机械487根据计算结果可以得出，1’、2’、3。缺陷按常规

7、评定是安全的或可以接受的。关于安全评定的几点说明：a．常规评定判定依据是“通用失效评定图”；3．由于设备外面有完好的保温，故“容器内外壁最大温差”按经验取10cc；C．由于该设备为厚壁容器，因此残余应力引起的二次膜应力和二次弯曲应力，未按照标准进行计算，而采用了简化处理；d．评定温度为2500C，该温度下的材料屈服强度和抗拉强度指标，取自设备制造厂存档资料的记载(取最低值)；e．由于无法直接获得2．25Cr一1Mo的断裂韧度资料，而是按照标准给出的经验公式，由于是间接获得，为了保守计算，按标准规定取最低的Ah值(27J)；f．