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硫化氢吸收塔的疲劳失效分析

2018-12-19

失效模式的判别

压力容器失效过程信息是指由内部诱发因素推断的物理、化学过程信息,具体包含各类规则、机制、模型等,它通过树结构方式,利用科学的搜索对策,采取一定的解释程序进一步推理失效过程。

压力容器失效机理分析

1)韧性断裂失效机理

构件断裂之前出现的显著宏观塑性变形称为韧性断裂,它是金属材料失效破坏的方式之一。对于韧性良好的材料而言。当材料所承受的压力载荷大于材料自身的强度极限时,容易造成韧性断裂。韧性断裂的失效特点为:材料的断口周围出现了明显的宏观塑性变形;且拉伸断口呈现杯锥状,断口方向与主应力垂直,锥面方向和最大切应力平行,但有时整个宏观断口方向和最大切应力平行,且会产生 45°的剪切断口;断口的颜色为灰暗色,表面呈纤维状。废气吸收塔厂家

2)脆性断裂失效机理

脆性断裂失效是指构件的裂纹在稳定的扩展过程中,并未出现明显的塑性变形而造成的断裂失效模式。实际工程结构中,脆性断裂是十分危险的一种失效模式。脆性断裂的失效特点为:在断裂之前没发现明显的塑性变形,但实际分析案例中发现,通常其断口垂直于正应力,且断口表面齐平;但往往其边缘会缺少剪切唇口,或者断口的剪切唇口较小。构件脆性断裂的断口颜色呈现光亮或偏暗的情况。有时脆性断裂的光亮断口宏观浮雕在迅速扩展裂纹过程中,产生了发射性的线条,当脆性断口发生转动时,通常会出现反光的小平面;而对于脆性偏暗的断口;其宏观状态则形成粗糙且未定型的表面,偶尔其断口的外形也会出现晶粒。尾气吸收塔厂家

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3)疲劳断裂失效机理

在交变载荷与应变长时间作用下的金属材料或者零件,其损伤因不断积累而造成的断裂形成疲劳断裂失效。疲劳裂纹的具体过程是疲劳裂缝发生、损伤扩展为疲劳裂缝亚临界状态、最后扩展为疲劳裂缝失稳。其失效特点为:在交变载荷作用下,经过一定量的周次循环而产生的断裂问题;疲劳断裂的过程中会出现低应力脆断突发特点;疲劳断裂失效过程体现为局部区域性;在交变载荷作用下,金属构件的失效断口周围没有出现宏观的塑性变形特点,断口呈现出明显的贝壳纹花样。苏州氨气吸收塔

4)蠕变断裂失效机理

恒温恒应力长期作用于金属材料而形成缓慢塑性变形即为金属蠕变。其失效特点为:工作条件为恒温、恒力与长期作用,缓慢的永久变形速度;宏观断口存在显著的氧化色或者黑色;微观断口一般是沿晶断裂,不会产生疲劳条痕特点。

5)均匀腐蚀失效机理

金属整个表面均匀地出现腐蚀作用,其失效特点为:受腐蚀的金属构件化学成分均匀的以及显微组织的表面平均,均匀地腐蚀环境不受限制的覆盖于金属表面;均匀腐蚀可以理解为在金属表面出现的局部电解腐蚀;均匀腐蚀下的金属有色泽偏暗且光滑的表面形貌,或因大片金属遭遇腐蚀而使表面较为粗糙。苏州废气吸收塔

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6)点腐蚀失效机理

点腐蚀失效指游离物质在金属材料和环境中发生化学作用造成的失效。其失效特点为:构件局部区域出现腐蚀,有明显的尖锐小孔,小孔进一步扩展为深孔甚至发生穿透;在潮湿的环境或者大气中水膜凝聚于金属表面,使得金属表面时常发生点腐蚀;点蚀坑经直观放大发现其边沿平滑,且由于孔底被腐蚀产物所覆盖,坑底为深灰色;蚀坑经过磨片垂直观察,发现蚀坑大部分体现为圆形或者多边形。

7)应力腐蚀失效机理

在静载拉力和腐蚀环境共同作用下,金属材料形成的局部腐蚀破裂称为应力腐蚀失效。其失效特点为:敏感的腐蚀介质和应力作用的工作环境中;腐蚀断裂区和瞬断区两区域出现宏观断口。应力腐蚀断裂区表现为暗灰色,断口组织较为粗糙,同时被腐蚀产物所覆盖;瞬断区出现的新鲜断口大多呈现纤维状且伴随着辐射棱线;应力腐蚀裂纹呈现树枝状形貌,分叉裂纹也是腐蚀产物累积效应形成的结果。苏州尾气吸收塔

失效原因的判断及预防措施

1、失效原因判断

失效原因的判断应分别从是选材、结构设计、环境、运行操作等方面实施分析。

(1)选材:材料的选择是否合理,材料的化学成分、冶金过程质量、表面状态是否正常,尤其需要了解材料强度、刚度、韧性等各类因素。若无法正确选材,应用温度明显比材料蠕变温度高;或材质劣化,长期在高温环境中应用时易造成材质渗碳。

(2)结构设计:构件的几何形状、截面大小、圆角半径大小、表面光洁程度等是否科学;结构中产生的缺陷,形成了较大的残余应力等。

(3)环境因素:金属所处环境中拥有较高或者较低浓度的腐蚀剂;温度的提高也会增加金属的腐蚀速率;金属材料和环境介质的相容性较差,且因湿度不适应而直接破坏了材料表面的氧化膜;材料表面呈现出不均匀的状态。氨气吸收塔厂家

(4)运行操作因素:违规进行操作或安全附件失灵导致出现温度突变或操作温度比材料韧性转变温度低;使压力容器内部发生了化学异常反应;下或者交变载荷作用下,使得应力集中区域疲劳裂纹逐渐向失稳断裂扩展;在交变载荷与腐蚀介质的共同作用下,最后产生腐蚀疲劳断裂。

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2、 失效预防措施

(1)科学选材,在低温下严格禁止采用非低温用钢,选择高抗蚀的材料。

(2)改良结构设计,结构的设计过程中,尽量采用圆滑过度以减少构件的应力集中;设备运行过程中,应尽可能地避免频繁的交变载荷,避免超温运作及局部过热,防止出现水停滞,通过热处理对残余应力有效消除。

(3)强化材质性能的定期检验,对金属构件或设备所处的环境的腐蚀剂浓度实行严格检测,并降低环境介质的有效温度等。

(4)改善介质环境,减少氧化阳离子,将适当元素添加至材料中,提升材料的抗蚀能力,采用表面防护方法。

通过相应的公式计算吸收塔内壁所承受应力值,由所计算出的结果可知,吸收塔的周向应力值最大。但由于焊缝与喷嘴附近的应力过于集中,以及焊缝在焊接残余应力和热应力的共同作用下,最终使得吸收塔的内壁形成较大的应力,这为应力腐蚀提供了十分重要的条件。通过对失效破坏的吸收塔进行深入分析发现,吸收塔的失效是由于集中应力与腐蚀敏感介质的共同作用,从而产生了树枝状形貌的裂纹,在微观断口出现腐蚀产物,在晶界面上有腐蚀凹坑。因此可判断,吸收塔属于应力腐蚀失效。吸收塔的局部区域应力集中较高,如残余应力和热应力,以及因 KOH 引起材料的碱脆,这些因素加剧了吸收塔的应力腐蚀失效。科学选材,改良条件,尽可能避免腐蚀环境;结构设计过程中,为避免应力过于集中,在吸收塔应力集中区域安装环形角钢支撑架,从而降低残余应力。压力容器损坏事故中由于逐渐扩展的疲劳裂纹问题大概占 40%,因此,对疲劳失效特点、原因和措施进行系统研究具有重要意义。

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