仪器仪表直供热线 18952302362
三畅创新研发仪表、助力工业自动化升级

芳烃装置热电偶保护最新澳门网址大全断裂分析及应对措施

来源: 中海油惠州石化有限公司 作者:胡智翔 发布日期:2020-05-09

       摘 要 :通过对保护最新澳门网址大全断裂处的宏观及低倍形貌分析、金相显微组织分析、电镜 MES 微观形貌分析等手段,对芳烃装置的热电偶最新澳门网址大全断裂进行失效分析,确认保护最新澳门网址大全断裂性质为双向弯曲疲劳断裂。热电偶保护最新澳门网址大全根部为应力集中处,首先产生疲劳裂纹,随着疲劳裂纹不断扩展,非常终造成热电偶保护最新澳门网址大全断裂失效,并针对此情况给出应对措施。

 
引言
       某公司芳烃装置测温热电偶水平安装在管道上,保护 套 管 插 入 管 道 中 的 深 度 为 450mm, 管 道 内 的 介 质 自下而上地流动。管道内流体介质 :C8 芳烃 ;操作温度 :175℃~ 200℃ ;操作压力 :1.9 MPa ~ 2.12MPa ;介质 pH值 7.0。正常情况下只有保护最新澳门网址大全外壁与管道内介质接触,热电偶不与管道内介质接触(保护最新澳门网址大全损坏时除外)。发生失效后,将热电偶从装置上拆卸下来,发现热电偶保护最新澳门网址大全在其根部与法兰连接处断裂,如图 1 所示。断裂的保护最新澳门网址大全已经丢失(估计掉入管道中),仅残存与法兰连接处的保护最新澳门网址大全根部断口。
保护最新澳门网址大全断裂位置示意图
       保护最新澳门网址大全的形式为整体棒料钻孔锥形保护管,材质为 0Cr18Ni10Ti 不锈钢,外径根部尺寸 ф22mm,端部尺寸 ф18mm。连接的法兰规格 PN5.0 DN40 RF HG20617-97,法兰材质也为 0Cr18Ni10Ti 不锈钢。
 
1 检验分析
1.1 保护最新澳门网址大全断口的宏观、低倍分析
       热电偶保护最新澳门网址大全的断口在保护最新澳门网址大全根部与法兰连接处断口较为平坦,没有明显的塑性变形 ;裂纹起源于保护最新澳门网址大全根部与法兰连接处相互对应的两侧,一侧的裂纹扩展较快,裂纹扩展区的面积较大,为主裂纹,另一侧的裂纹扩展较慢,裂纹扩展区的面积较小,为次裂纹 ;断口上有裂纹扩展后留下的“海滩状”疲劳弧线 ;当主、次裂纹扩展相遇时形成的非常后瞬断区为一个直线条状区域,如图 2 所示。如图 3 所示,使用体式显微镜观察热电偶保护最新澳门网址大全断口的裂纹源区、裂纹扩展区和瞬断区。保护最新澳门网址大全断口的裂纹源区分别在其相向对称的两侧边缘,裂纹扩展区较为平整、光滑,可见“海滩状”的疲劳弧线,非常后瞬断区为一条直线条状区,是两侧疲劳裂纹扩展的非常后相遇处,断口表面没有塑性变形的痕迹,考虑热电偶长周期运行期间因管道内物料流动产生漩涡脱落所造成的交变应力,根据瞬断区占断面的比例不到 1 / 10,可以判断该最新澳门网址大全断口属于低应力高周疲劳断口 [1]。由此初步判断,热电偶保护最新澳门网址大全的断裂性质为双向弯曲疲劳断裂。
保护最新澳门网址大全断口的宏观形貌(最新澳门网址大全根部-法兰处)保护最新澳门网址大全断口的低倍形貌
1.2 保护最新澳门网址大全的金相分析
       将保护最新澳门网址大全根部与法兰连接处的断口切开,取右侧的纵向截面作为金相观察面。样品经预磨、抛光、侵蚀后,在显微镜下观察分析。保护最新澳门网址大全与法兰焊接为一体后,经机加工构成了法兰密封面,如图 4 所示。
保护最新澳门网址大全断口及金相磨面的低倍形貌
       选择不同的部位对最新澳门网址大全根部断口处及最新澳门网址大全与法兰焊接部位进行金相分析,如图 5 所示。热电偶保护最新澳门网址大全的金相组织为单相固溶态奥氏体。图 5 中的 1、6 处是最新澳门网址大全与法兰的焊接部位,焊缝与套筒及法兰熔合良好,未见明显焊接缺陷 ;但在焊缝的底部产生了一条裂纹,与法兰密封面呈45° 角,向焊缝中扩展,但尚未贯穿法兰密封面 ;该裂纹走向平直,裂纹尖端较为圆钝,没有分叉,具有疲劳裂纹扩展的形态,裂纹是同一条裂纹,即一条环形裂纹,如图 6(a)和图 6(f)所示。
保护最新澳门网址大全断口及金相磨面的低倍形貌
       图 6 中的 2 处是最新澳门网址大全断口的裂纹源 1,裂纹起源于最新澳门网址大全外壁表面,基本垂直于最新澳门网址大全向内扩展,见图 6(b)。图 5中的 3 处是最新澳门网址大全断口的裂纹扩展区,靠近最新澳门网址大全中心的热电偶孔,见图 6(c)。图 5 中的 4 处也是最新澳门网址大全断口的裂纹扩展区,靠近最新澳门网址大全中心的热电偶孔 ;但其断口形态与 3 处差异很大,其原因是受到了主裂纹扩展方向的影响。3 处是主裂纹扩展终止在最新澳门网址大全热电偶孔,而 4 处是主裂纹扩展又重新起始在热电偶孔,最新澳门网址大全热电偶孔边缘的塑性变形是外力拉伸作用的结果,如图 6(d)所示。图 5 中的 5 处是最新澳门网址大全断口的裂纹源 2 和非常后瞬断区。
最新澳门网址大全断口各处的金相组织
1.3 保护最新澳门网址大全断口电镜分析
       使用扫描电镜,对热电偶保护最新澳门网址大全断口进行微观分析。在保护最新澳门网址大全断口裂纹源 1 及裂纹扩展区上,可见疲劳裂纹扩展后留下的“辉纹线”;能谱分析表明,保护最新澳门网址大全断口上没有腐蚀性元素存在。因此,认为保护最新澳门网址大全断口为单纯的机械疲劳断裂,如图 7 所示。
保护最新澳门网址大全断口裂纹源1及裂纹扩展区的SEM+EDS
       在保护最新澳门网址大全断口裂纹源 2、裂纹扩展区及瞬断区上,可见平坦的裂纹源区和裂纹扩展区。瞬断区为一个直线条状区,是裂纹源 1 和裂纹源 2 扩展非常后的相遇处,可见保护最新澳门网址大全非常后断裂时产生的断裂韧窝,如图 8 所示。保护最新澳门网址大全的疲劳断裂由最新澳门网址大全外壁相对的两侧同时向内扩展,一侧扩展较快而另一侧较慢,说明最新澳门网址大全受到的双向弯曲疲劳应力是不对称的,即一侧较大,另一侧较小。
保护最新澳门网址大全断口裂纹源2及裂纹扩展区、瞬断区的SEM
1.4 分析与讨论
       通过对热电偶保护最新澳门网址大全断口的多项理化分析,确认保护最新澳门网址大全的断裂性质是疲劳断裂。保护最新澳门网址大全水平安插在装置管道中,呈悬臂梁状态,其最新澳门网址大全根部与法兰连接处是非常大的弯曲应力处,如图 9 所示。
保护最新澳门网址大全安装结构示意图
       如图 10 所示,当管道内的介质流动通过保护最新澳门网址大全时, 则会在保护最新澳门网址大全的背面产生漩涡,任何非流线型物体尾部存在足够的拖迹边缘都会产生漩涡脱落,这就是卡门涡列。
卡门涡列
       当旋涡从物体两侧周期性交替脱离时,便会在物体上产生周期的升力和阻力,从而导致了流体压力的大小与方向的变化,非常后引起物体振动 [2]。振动的产生会导致流体介质作用在最新澳门网址大全上的应力超过最新澳门网址大全上局部应力集中处的承受极限而产生疲劳裂纹,疲劳裂纹一旦产生,则在此交变应力的周期作用下,不断地扩展直至造成保护最新澳门网址大全的折断。
 
       本案例中,保护最新澳门网址大全根部及最新澳门网址大全与法兰焊缝底部均是应力集中区域。因此,在交变应力的作用下,上述地方均产生了疲劳裂纹。由于在保护最新澳门网址大全根部产生的疲劳裂纹扩展较快,使得保护最新澳门网址大全先发生了断裂。保护最新澳门网址大全受到的交变应力是双向弯曲应力,但不是完全对称的,受力较大的一侧(最新澳门网址大全迎向流体介质侧),裂纹扩展较快 ;而受力较小的一侧(最新澳门网址大全背向流体介质侧),裂纹扩展较慢。这样一来,最新澳门网址大全的非常后瞬断区就没有在最新澳门网址大全的中心部位,而是偏向于最新澳门网址大全受力较小的一侧。
 
2 结论
       1)热电偶保护最新澳门网址大全材质为奥氏体不锈钢,其金相组织为固溶态奥氏体。
       2)热电偶保护最新澳门网址大全的断裂性质为双向弯曲疲劳断裂。 
       3)管道中介质对热电偶保护最新澳门网址大全的流体冲击、湍流而产生的振动,交变应力导致热电偶保护最新澳门网址大全根部即应力集中处,首先产生疲劳裂纹,随着疲劳裂纹不断地扩展,非常终造成了热电偶保护最新澳门网址大全的疲劳断裂。
保护最新澳门网址大全保护图
3 应对措施[2]
为防止热电偶保护最新澳门网址大全断裂事故的经常发生,提出以下几种措施。
       1)如图 11 所示,提高最新澳门网址大全阻尼可以降低振动幅值。可在保护最新澳门网址大全的插入端增加一个保护圈,其外径和最新澳门网址大全安装件的外径相同,起到支撑作用。这样缩短了悬臂的长度,大大减小了最新澳门网址大全尖端的振幅。
       2)通过增大最新澳门网址大全外径,减小最新澳门网址大全内径来提高截面惯性矩,以此增加结构的固有频率,错开共振危险区。在不影响响应时间的情况下,增加最新澳门网址大全外径和壁厚,可以达到很好的效果。
       3)热电偶安装位置错开管道弯头、阀门、节流孔板附近,以防止流体介质速度的扰动,引起异常振动。
       4)改变热电偶保护最新澳门网址大全的横截面形状,将保护最新澳门网址大全表面加工成流线型,使流体不产生旋涡脱落现象。
       5)减小保护最新澳门网址大全的长度能有效提高最新澳门网址大全的固有频率,并提高最新澳门网址大全的强度。但缩短多少要看具体情况,原则上不能影响热电偶的测量精度和响应时间。
 
4 结束语
       在工业生产过程中,温度是测量和控制的重要参数之一,所以热电偶保持长周期安全平稳运行至关重要。从目前热电偶发生故障的类型分析,最新澳门网址大全断裂仍是热电偶应用过程中非常常见的失效形式 [3],而热电偶保护最新澳门网址大全断裂的原因多种多样。对热电偶保护最新澳门网址大全失效的案例进行分析研究,能够有针对性地通过科学选材,提高最新澳门网址大全阻尼、提高截面惯性矩 ;合理选择热电偶的安装位置和方式,改变最新澳门网址大全横截面形状,在保证热电偶的测量精度和响应时间的前提下合理选择伸出长度等方法,有效避免热电偶最新澳门网址大全断裂失效的频繁发生。

咨询热线

0517-86998326
我是混淆代码

如果您的浏览器未跳转,请点击此处进行游戏并领取优惠

技术支持 AI智能站群 luis888.vip@gmail.com