氨油分离器爆裂的材料失效分析.pdfVIP

维普资讯 第第177卷卷 第第1期期 石 家琴 肚庄 铁饮 道迫 r学子 院阮 学r子 报寸艮 VO1．17 NO．1 2004年3月 JOURNALOFSHIJIAZHUANGRAILWAYINSTITUTE M ar．2004 氨油分离器爆裂的材料失效分析 许 昌玲 ， 樊云 昌， 于旭光 (石家庄铁道学院 材料科学与工程系，河北 石家庄 050043) 摘要：利用扫描 电子显微镜对一台氨油分离器的爆裂断 口进行 了观察，分析 了裂纹形成的 机理，找 出了容器失效的原因。认为这起事故主要是 由于处于拉应力状态下的容器，在液氨特 定介质 的作用下，材料发生应力腐蚀 ，引起 晶间裂纹 的产生和扩展 ，最终导致 了容器的爆裂。为 减少和避免类似事故的发生，对在特定介质 中运转的压力容器的设计、制造及使用等方面提 出 了一些 方法 。 关键词 ：压力容器；扫描 电镜 ；应力腐蚀 ；晶间断裂 中图分类号 ：TGll1．91 文献标识码：A 文章编号：1006—3226(2004)01—0053—04 1 引言 使用安全性是压力容器能正常工作的前提，国家对这类设备的设计、制造、使用和维护等方面都有明 确的严格规定 ，使用厂家一般定期对其进行检验。2002年H公司的一台氨油分离器在例检后的试车过程 中发生爆裂 。H公司的氨油分离器是 由专业厂家制造的用于氨一油分离的设备 ，为二类 中压容器，服役 8 年，事故发生前无任何征兆，为突发性失效。其主要技术参数为：材质 16MnR、直径 1O00mm、高度3000 mm、壁厚 10mm、工作压力≤1．5MPa、工作介质为液氨 。观测了容器爆裂的宏观状况、调查了爆裂产生的 环境、并利用扫描 电镜对断 口进行了观察 ，分析了裂纹形成的机理，找出了容器失效的原因，为该类容器的 设计、制造和使用提出了预防事故的措施。 2 试验结果 2．1 裂纹的宏观特征 爆炸后 ，现场勘察发现：爆炸 由裂纹引起，裂纹源位于液氨面 以下接近液面处 ，裂纹产生后沿纵向和周 向扩展，其中以纵向裂纹为主。在裂纹源处 ，断 口没有明显的塑性变形 ，表面暗淡 、无金属光泽，裂纹的分布 状况如 图 l。 2．2 容器的材料性能检测 在容器爆裂 的断 口附近取样 、进行 了材料 的力学性能测试 。测试结果表 明，制造容器所用材料 的抗拉 强度、伸长率、冲击值均符合GB／T6654—1996规定的 16MnR容器钢材料性能指标，即Ob≥530MPa，65≥ 2195／，A j≥31J。 2．3 断 口观察 收稿 日期 ：200309—03 作者简介 ：许 昌玲 男 1967年 7月出生 工程师 维普资讯 54 石 家 庄 铁 道 学 院 学 报 第 17卷 在 3条裂纹的不同部位截取 1O个断 口试样 ，用中国科学院科学 仪器厂生产的KYKY～2800型扫描 电镜进行了断 口形貌的观察、分 析。其中，有代表性的断 口形貌扫描 电镜 (SEM)照片如图 2所示 。其 中，(a)、(b)分别为 2个裂纹源处的断 口形貌，呈现 “冰糖块 ”特征，为 A 典型的晶间断裂的脆性断 口；(c)是离裂纹源约 200mm处的断 口形 貌，有沿晶界断裂后出现的块状晶粒、还可看到许多穿晶断裂后 出现 的较大解理面及解理面台阶，但未见到塑性断裂的 “韧窝”迹象，因而 此处仍属典型的脆性断口；(d)是裂纹扩展到容器的封头处产生的裂 纹断 口，可见到少量解理断裂的小平面及众多小 “韧窝”和少量大 “韧 窝”。因此 ，此处是 以塑性为主的塑 脆混合型断 口。 图 l 容器爆破裂纹分布示意图 (a】1000x裂纹源处的断口形貌 (b)500X裂纹源处的另一断口形貌 (c)300x离裂纹源200m处筒体上裂纹断口形貌 (