氨制冷系统回气集管封头脱落原因分析.pdf

《氨制冷系统回气集管封头脱落原因分析.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53卷第2期2016年4月化工设置与管道PROCESSEQUIPMENT&PIPINGVbl．53No．2Apr．2016氨制冷系统回气集管封头脱落原因分析李博，李剑容，汤晓英(上海市特种设备监督检验技术研究院，上海200333)摘要：针对某起液氨泄漏事故中单冻机回气集管封头脱落的原因展开研究，通过失效件宏观检查、断口分析、焊缝微观组织及成分分析等手段对失效结构进行失效分析，在对未失效封头焊缝进行对比观察和性能测试的基础上，进一步展开失效过程的力学分析及安全评定，最后探讨了发生的“液锤”现象对结构失效的影响，并给出了封头脱

2、落原因的综合分析结论。关键词：液氨；管道；失效分析；液锤中图分类号：TQ050．3：TH136文献标识码：A文章编号：1009．3281(2016)02．0070．006某冷库发生液氨泄漏事故，操作工进行融霜作业时，未按操作规程要求，在管道内氨液未排尽的情况下贸然进行热氨融霜作业，致使单冻机回气集管的封头断裂脱落，并造成液氨喷射式泄漏。本文拟针对该封头的脱落原因展开技术分析。1失效分析1．1宏观检查图1为顶部回气集管(规格咖159mm×5mm)脱落的椭圆封头及管口形貌，封头落地位置距原位置3．5m；如图2、图3所示，封头断口

3、沿环焊缝分布，封头及管子的断口处无壁厚减薄和鼓胀现象，初步判断应属脆性开裂特征。1．2断口分析脱落的封头实测内径为143．2mm，端部平均壁厚为7．5min。封头沿焊缝破裂，断面呈倾斜状(相对于封头的中心轴线)。图4为封头与回气集管管口图1涉事回气集管及其盲端封头脱落后的现场图Fig．1Thescenegraphofthegascollectingpipeanditsblindendhead．offcase图3封头脱落后的管口形貌Fig．3Theheadmorphologyafterthefailure拼接后的形貌，发现环焊

4、缝对接接头两侧均未实施焊前开坡口，且存在焊前火焰切割的痕迹，整个管口端面凹凸不平，与封头对接断面吻合度较差。图5为封头断口处外壁各部位断裂位置的放大图，经测收稿日期：2015．12．25基金项目：国家自然科学基金(51505293)；上海市质量技术监督局科研项目(2015．38)。作者简介：李博(1986一)，男，河南郑州市人，博士。主要从事先进焊接技术、特种设备制造与安全技术的研究工作。2016年4月李博，等．氨制冷系统回气集管封头脱落原因分析量发现，焊缝熔深和焊缝厚度沿圆周方向分布不均，最厚处焊缝有效厚度约为6．7mn'

5、l，最小处焊缝有效厚度约为2．5mnl，均小于封头的平均壁厚。基于上述断口观察及几何测量，图6、图7给出了封头断口及未焊透的接头横剖面示意图。图4封头与回气集管端部拼接图Fig．4Mosaicmapoftheheadandpipeendwallsurface图7封头与管子未焊透焊缝剖面示意图Fig．7Sketchmapoftheweldcross—sectionoftheheadandpipe断口宏观形貌如图8所示，断口上均为新鲜断裂痕迹，整周断口颜色一致，未发现旧的断LI痕迹，也没有发现疲劳开裂特征的疲劳辉纹，断口上无明显

6、塑性变形。从宏观上分析，属于过载脆断。焊缝断口上有明显气孔(如图8)，断面上从内侧向外侧有放射条纹，因此裂纹极可能起源于腔体内壁焊缝中的气孔等冶金缺陷位置，并迅速扩展。图9为焊缝最小厚度处的断口扫描电镜(SEM)形貌，可见焊缝中存在明显的焊接气孔，经观察发现，类似缺陷在整条焊缝的断面中普遍存在；图lo为焊缝断面上观察到的尺寸较大的焊接气孔形貌，直径约1rain，如箭头所示，在气孔附近断面上发现明显的解理台阶形貌和微裂纹，该微区内的解理方向表现为由气孔边缘向外扩展；图1l为焊缝断面上典型的河流状花样，并有大量微区解理面。解理一

7、般属脆性开裂结果，结合事故情况，可基本判断，该脆断行为是在低温条件下瞬间发生的。图8封头焊缝断口典型形貌Fig．8Macromorphologyoftheheadweldfracturesurface图9封头未焊透焊缝断面区低倍SEM形貌Fig．9LowmultipleSEMimageoftheincompletepenetrationbuttweldfracturesurface1．3焊缝微观组织及成分分析图12为焊缝剖面金相形貌，焊缝组织为正常的低碳钢焊态组织，在断H附近的熔合区与热影响区之间存在扩展中的微裂纹(图13)

8、，对该裂纹尖端在高倍显微镜下观察，可推测，该分叉尖端应是在断裂发生瞬间，裂纹进一步扩展的结果。利用光谱分析仪EDS进行焊缝化学成分的测试分析，结果表明，封头材料是15#钢，管子材料是20#钢，焊缝材料与E4303焊条成分一致，E4303属于塑性较好的低碳钢焊条，且焊条材料与管子及封头{

9、}