V702人孔法蘭失效分析

摘 要：本文以檢驗工作中發(fā)現(xiàn)的一例人孔法蘭失效事故入手，結(jié)合斷口檢驗、金相檢驗、硬度檢測、化學(xué)成分分析、斷口形貌分析、斷口產(chǎn)物分析等方法的分析結(jié)果，再現(xiàn)了裂紋的發(fā)生、擴(kuò)展、斷裂失效過程，并以此為出發(fā)點(diǎn)，提出了此類產(chǎn)品在制造環(huán)節(jié)、使用管理環(huán)節(jié)的預(yù)防措施，有效防止了該類事故的再次發(fā)生的幾率。

關(guān)鍵詞：人孔法蘭 失效分析

中圖分類號：TQ05017；TQ05019文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0070-01

1 設(shè)備簡況

洛陽石化工程公司液化石油氣堿洗罐V702，1986年有洛陽設(shè)計院設(shè)計，許昌通用機(jī)械廠于次年按JB741-80《鋼制壓力容器技術(shù)條件》制造，100%超聲波檢測，焊后熱處理，1989年投入使用，至今累計投用時間13年。期間開停工次數(shù)為7次。最近年檢時間為2000年3月，由洛陽鍋檢所對該罐的結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、表面進(jìn)行了外表面檢查，對筒體進(jìn)行了超聲測厚；對筒體對接環(huán)焊縫進(jìn)行了磁粉探傷，環(huán)焊縫進(jìn)行了超聲波探傷，檢驗結(jié)果判定安全狀況等級為2級，2000年3月年度檢驗后未作防腐處理。

該液化石油氣堿洗罐V702的使用參數(shù)如下。

設(shè)計壓力：1.65 MPa；使用壓力：1.23 MPa；設(shè)計溫度：40 ℃；主體材質(zhì)：16 MnR。

操作介質(zhì)：液化石油氣（C2～C5）、5%～10% NaOH、5PPmH2S、RSH≤100 PPm、總硫≤200PPm。

該液化石油氣堿洗罐的人孔法蘭為標(biāo)準(zhǔn)件，規(guī)格φ480 mm×12 mm，材質(zhì)16 MnR鍛件，按JB585-79-6規(guī)范制造。2002年6月發(fā)現(xiàn)人孔法蘭頸部有泄漏，檢查發(fā)現(xiàn)在泄漏的部位有一條長約400 mm的裂紋，在停工處理的過程中，裂紋擴(kuò)展達(dá)法蘭圓周的2/3。為了查清開裂原因，洛陽石化公司委托中石化蘭州設(shè)備分析中心做了金相分析、化學(xué)成分析、電鏡斷口形貌分析及斷口產(chǎn)物X-RAY能譜微區(qū)成分分析。

2 檢驗分析

2.1 斷口宏觀檢查（如圖1）

2.1.1 金相分析和硬度檢驗及結(jié)果

金相檢驗取樣分別在法蘭的開裂部位以及法蘭的螺栓孔附近切取，金相檢驗依據(jù)相關(guān)的金相檢驗標(biāo)準(zhǔn)、JB4726-94《鋼制壓力容器法蘭》和GB150-1998標(biāo)準(zhǔn)之法蘭規(guī)定進(jìn)行，金相顯示，法蘭組織為鐵素體組織+珠光體組織+魏氏體組織，金相顯微鏡下顯示的組織具有明顯的方向性并存在MnS夾雜物，夾雜物級別為2級，晶粒度為7級，對開裂不會產(chǎn)生直接的影響。

裂紋附近硬度測試結(jié)果，布氏硬度（HBS10/3000/30）148、143，硬度值正常。

2.1.2 化學(xué)成分分析

化學(xué)成分分析結(jié)果顯示，該人孔法蘭材質(zhì)符合JB4726-94《鋼制壓力容器法蘭》關(guān)于16 MnR鍛件制造規(guī)范對該類人孔法蘭材質(zhì)的要求。

2.1.3 斷口產(chǎn)物分析

將原始斷口進(jìn)行X-RAY能譜微區(qū)成分分析，斷口腐蝕產(chǎn)物主要為O、Na、Si、S、Mn、Fe等元素，斷口上Mn元素較正常值高

3 結(jié)果與分析

通過以上檢驗分析的結(jié)果，可以判斷該法蘭失效開裂呈典型的氫致裂紋開裂的特征，第一開裂具有延時性特征，該容器運(yùn)行了13年才失效開裂，第二裂紋起源于材料的內(nèi)部，裂紋多分布在夾雜的地方，第三開裂與容器的介質(zhì)有關(guān)，失效的V702液化氣堿洗罐介質(zhì)中有Na2S，在一定條件下Na2S+2H2O→2NaOH+H2S，也就是說，該人孔法蘭有極大傾向產(chǎn)生氫致裂紋。

在濕硫化氫的作用下，非金屬夾雜物聚集的地方構(gòu)成原電池，在它的周圍產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，在應(yīng)力作用下形成微裂紋，由于裂紋尖端曲率半徑小，產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力大于金屬的屈服強(qiáng)度，在裂紋的尖端形成新的斷面，多處斷面串接，就構(gòu)成了我們觀察到的階梯狀開裂現(xiàn)象。

通過分析，V702罐開裂失效的原因一是非金屬夾雜物得存在，非金屬夾雜物及周圍在濕硫化氫的環(huán)境中構(gòu)成原電池，形成裂紋源。二是法蘭頸部幾何形狀突變，是應(yīng)力集中區(qū)，所以應(yīng)力腐蝕開裂易發(fā)生在此部位。

4 結(jié)論

失效法蘭是介質(zhì)硫化氫引起的應(yīng)力腐蝕開裂，材料中大量的非金屬夾雜物（MnS）是裂紋形成的源頭，在裂紋的形成中起著關(guān)鍵的作用。

5 預(yù)防措施

5.1 制造環(huán)節(jié)

在使用工藝中，我們不能改變V702罐的介質(zhì)，在壓力容器制造中，我們可以對制造化工類壓力容器的法蘭鍛件100%超聲檢測，在法蘭頸處幾何變形量最大部位，用斜直探頭以100%的比例掃查，必要時對法蘭頸部以10倍以上宏觀金相檢測，減少大的非金屬夾雜物的聚集區(qū)，控制裂紋形成的源頭。

5.2 使用環(huán)節(jié)

（1）加大班次設(shè)備巡檢力度，要及時清除人孔法蘭頸部的灰塵、鐵銹等雜物，每次巡檢時，要仔細(xì)查看頸部是否有液體滲出，做到及時發(fā)現(xiàn)。

（2）依據(jù)《壓力容器定期檢驗規(guī)則》，每要對壓力容器進(jìn)行年度檢驗，一般有企業(yè)自行檢驗檢驗時，對法蘭頸可疑部位進(jìn)行PT檢測，必要時進(jìn)行UT檢測，用斜直探頭對幾何加工變形處大的部位掃查。

（3）依據(jù)《壓力容器定期檢驗規(guī)則》，根據(jù)容器的整體安全性能狀況，每隔3～5年要停車開罐對壓力容器全面檢驗，在定期檢驗時，對人孔法蘭內(nèi)表面（與介質(zhì)接觸面），要100%MT或100%PT檢測，對檢測懷疑部位，進(jìn)行UT檢測，這樣我們能及時的發(fā)現(xiàn)裂紋源的形成及擴(kuò)展，排除安全隱患，減少人孔法蘭出現(xiàn)裂紋失效事故的幾率。為企業(yè)生產(chǎn)減少不必要的停車檢修。

自從上述措施實(shí)施以來，截止到下一次全面檢驗周期為止，該類V702人孔法蘭沒有再出現(xiàn)一次裂紋失效案例，基本上解決了該類問題，是該類容器運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性得到了很大的提高，同時也為企業(yè)帶來了切實(shí)的利益，保護(hù)了人民生命財產(chǎn)的安全。

參考文獻(xiàn)

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