焦化装置油气线法兰开裂失效分析.pdf

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1、机械工程师MECHANICALENGINEER焦化装置油气线法兰开裂失效分析安清泉。窦雪飞，单素颖(大庆石化公司，黑龙江大庆163711)摘要：炼油厂延迟焦化装置的反应单元油气线法兰在生产过程中突然开裂，通过对开裂的法兰进行宏观检验、化学成分分析、金相检验、扫描电镜及能谱分析，结果表明法兰焊接微裂纹和材质脆性较大是其突然纵向开裂的原因，针对开裂原因，提出7}N应的改进措施。关键词：法兰j焊接；微裂纹；材质脆性中图分类号：TE65文献标志码：A文章编号：1002—2333(2016)09—0235—04

2、O引言2015年7月，炼油厂焦化车间反应单元的油气线的DN500大口径法兰突然发生开裂，大量油气泄漏，造成装置紧急停工。该管线于2008年9月投入使用，累计使用周期7a。管线工艺介质为瓦斯及液化气组分，操作压力：0．0．22MPa，操作温度：常温～440。C，压力和温度的变化以24h为一个循环。开裂法兰公称直径为DN500，材质为1Cr5Mo耐热钢。由于施工时间较长，法兰供货状态以及焊接工艺不详。为了恢复生产，现场将开裂法兰从焊缝处切割下来，重新焊接一个新法兰。为了查明法兰发生开裂的原因，针对开裂的法

3、兰进行检测分析，以确定其失效原因，提出相应的改进措施。2检测分析数据和结果2．，法兰开裂状态检查分析1)检测内容。针对法兰整体外观进行观察分析，查看开裂部位和形态。2)检测结果如图1一图2所示。图1法兰的纵向裂纹形态图2法兰的环向裂纹形态3)结果分析。检查整个法兰外观，共有两条大裂纹．二者具有一定间隔，不在同一部位，是两个开裂方向不同的裂纹。一条裂纹为纵向开裂，如图l，裂纹由焊缝处起始，沿着法兰的纵向扩展到螺栓孔附近，但未完全开裂到法兰密封端面。另一条裂纹为环向开裂，如图2，裂纹位于焊缝热影响区附近，

4、环向开裂长度大约为l8cm左右。在法兰的内壁沉积一层较厚的黑色锈垢沉积物。根据现场描述，造成法兰泄漏的是纵向裂纹，当场未发现有环向裂纹。当法兰切割下来后，才发现有一条环向裂纹，这说明环向裂纹是事后产生的。，．2法兰断口取样与宏观检查分析1)检测内容。用线切割在法兰纵向开裂处切取4个断口试样，在法兰环向开裂处切取3个断口试样，超声波清洗干净，用体视显微镜观察分析断口形貌特征。2)检测结果如图3～图4所示。3)结果分析。由图3环向断口试样形貌可以看出，环向断口表面平整，无明显的塑性变形痕迹，显示出一定的脆

5、性断裂特征。断口内外壁两侧有一些后期雨水渗入锈蚀痕迹，其余大部分区域比较新鲜，显示出金属光泽，未发现油气泄漏时形成的沉积物，这说明环向开裂是在管线停工后，法兰切割过程中的自重、吊卸等因素造成的瞬间开裂。至于环向开裂为何呈现脆性断裂形态，后续的相关材质检测将进一步查明。由图4纵向断口试样形貌可以看出，纵向断口表面平整，也无明显的塑性变形痕迹，显示出一定的脆性断裂特征。纵向断口颜色灰暗，尤其是焊缝附近区域颜色发黑，表面有油气泄漏时形成的沉积物。而且，根据断口表面的纵向撕裂扩展台阶可以判断，焊缝位置就是纵向

6、开裂的裂纹源，而后沿着壁厚纵向扩展。法兰纵向开裂如果是应力腐蚀开裂，裂纹应该萌生于内壁一侧，而后向外壁方向扩展。由裂纹沿着壁厚纵向开裂扩展特点可以初步排除应力腐蚀开裂的可能性。法兰纵向开裂的裂纹虽然萌生于焊缝位置。但是向管道一侧的扩展距离很小，只有10mm左右长度就停止了：这说明管道材质正常，而法兰的材质可能出现了脆化问题。，j法兰断口微观检测分析1)检测内容。针对法兰纵向开裂4个断口试样以及环向开裂2个断口试样，用扫描电镜分析断口表面微观形貌，用能谱仪检测断口表面腐蚀产物成分?对于表面腐蚀严重的纵向

7、断[J试样，用加缓蚀剂的酸洗剂清洗后再进行扫描电镜检测分析。网址www．jxgcscom电邮：hrbengineer@163com2016年第9期l235机械工程师MECHANICALENGINEER表1环向断口表面的腐蚀表2纵向断口表面的腐蚀产物成分％产物成分％元素质量分数相对原子量元素质量分数相对原子量2)检测结果如图5一图8所示。3)结果分析。由图5环向断口的微观形貌可以看出，环向断口表面比较干净，其形态特征为脆性解理形貌，未发现塑性韧窝形貌。这说明环向开裂属于完全的脆性断裂。由图6纵向断口的焊

8、缝区形貌可以看出，由于法兰切割部位在焊缝处，检测件的剩余焊缝区很小，在焊缝区有一个小气孑L。由图7纵向断口的微观形貌可以看出，断口的裂纹源区和扩展区均覆盖较厚的腐蚀产物。经过加缓蚀剂的酸洗剂清洗后，断口的裂纹源区依然模糊不清，而部分扩展区显示出原始的断口微观形貌，见图8，其形态特征也为脆性解理形貌，未发现塑性韧窝形貌。并且，整个断口未发现应力腐蚀开裂常有的二次裂纹。由表l腐蚀产物成分检测结果可以看出，环向断口表面有一些轻微氧化，未发现S、Cl等应力腐蚀敏