壓縮機入口過濾網(wǎng)骨架開裂原因分析

李 強

（中海煉化惠州煉化公司，廣東 惠州 516086）

壓縮機入口過濾網(wǎng)骨架開裂原因分析

李 強

（中海煉化惠州煉化公司，廣東 惠州 516086）

對過濾網(wǎng)骨架材質(zhì)和斷口采用宏觀低倍分析，金相分析，微觀形貌分析，化學(xué)元素分析。通過對過濾網(wǎng)骨架材質(zhì)和斷口分析，找出其開裂原因，制定相應(yīng)的對策，解決了過濾網(wǎng)骨架開裂的問題。

過濾網(wǎng)；骨架；開裂；原因分析

一、概況

某公司催化汽油選擇性加氫脫硫裝置循環(huán)氫壓縮機采用兩臺2D80-74/16-28型往復(fù)式壓縮機，2013年，對循環(huán)氫壓縮機例行檢修，入口管道內(nèi)有金屬碎片，發(fā)現(xiàn)其壓縮機入口過濾網(wǎng)骨架發(fā)生斷裂，如圖1。

循環(huán)氫壓縮機入口工作壓力1.0MPa，介質(zhì)為氫氣，氫氣成分如表1。

圖1 發(fā)生斷裂的過濾網(wǎng)全段——濾網(wǎng)骨架開裂

表1 氫氣組成

二、對過濾網(wǎng)骨架材質(zhì)和斷口進行分析

仔細觀察斷裂的過濾網(wǎng)骨架殘片（圖2），看到邊緣已經(jīng)磨平，紅框內(nèi)可看到較明顯的裂紋（圖2）。

圖2 斷裂的過濾網(wǎng)骨架經(jīng)清洗后

1.斷裂濾網(wǎng)材質(zhì)分析

濾網(wǎng)斷裂處制作成試樣，對兩試樣材質(zhì)成分進行檢測，根據(jù)測試結(jié)果材質(zhì)更加符合10F的優(yōu)質(zhì)鋼。根據(jù)過濾器圖紙上過濾網(wǎng)骨架20#鋼，參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 699-1999《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》規(guī)定的20#，10F鋼化學(xué)成分，與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的20#鋼化學(xué)成分相比，實際濾網(wǎng)的碳含量明顯低于標(biāo)準(zhǔn)20#的各項指標(biāo)。此外，硫含量超標(biāo)，會使鋼板軋制時產(chǎn)生熱脆斷裂，同時降低鋼的延展性和耐蝕性。從材質(zhì)成分分析中可以看到濾網(wǎng)材質(zhì)與為牌號為10F的優(yōu)質(zhì)鋼更為符合。

2.宏觀、低倍分析

送檢過濾網(wǎng)宏觀形貌，見圖3。過濾網(wǎng)A面上沒有發(fā)現(xiàn)裂紋存在；過濾網(wǎng)B面上標(biāo)記為1、2、3處的地方已經(jīng)完全斷裂，標(biāo)記為4處的地方可見一條明顯的裂紋存在，標(biāo)記為5處的地方是完好的。

在體式顯微鏡下，對過濾網(wǎng)上標(biāo)記為1、2、3處的斷口進行觀察，斷口的裂紋均起源于過濾網(wǎng)的B面（黃色箭頭處），然后逐漸向過濾網(wǎng)的A面擴展，直至斷裂，見圖4。在標(biāo)記2處的斷口附近，還可見一條裂紋存在。在過濾網(wǎng)B面上標(biāo)記為4處，可見一條裂紋存在，將該裂紋認為地打開，就可以形成一個“裂紋斷口”。該“裂紋斷口”的形貌與1、2、3處的斷口具有相似的形貌，見圖5。標(biāo)記5處為過濾網(wǎng)上完好形貌，見圖6。

2.金相分析

在過濾網(wǎng)上取B面的金相樣品，對試樣進行拋光、浸泡后參照GB13298-1991《金屬顯微組織檢驗方法》里檢驗方法和步驟進行金相分析，得到如下各個金相圖。

過濾網(wǎng)板垂直于板厚方向的金相組織為：鐵素體晶粒上分布著小顆粒狀的三次滲碳體，見圖5。由于過濾網(wǎng)的網(wǎng)孔是冷沖壓形成的，方向是從A面向B面沖壓，因此，在過濾網(wǎng)B面網(wǎng)孔邊角處的鐵素體晶粒發(fā)生嚴(yán)重地變形被拉長。

過濾網(wǎng)板B面平行于板厚方向的金相組織為：鐵素體晶粒上分布著小顆粒狀的三次滲碳體；在B2斷口旁邊有一條裂紋存在，同時在過濾網(wǎng)板B面另外的兩孔之間也發(fā)現(xiàn)有裂紋存在，裂紋類型是穿晶裂紋，見圖7和8。

圖3 過濾網(wǎng)宏觀形貌

圖4 過濾網(wǎng)上1、2、3處斷口低倍形貌（裂紋起源于B面黃色箭頭處）

4.微觀形貌分析

濾網(wǎng)斷裂前，無明顯塑性變形，斷口平、齊、亮。斷口形貌有解離河流花樣（圖9）。

濾網(wǎng)表面存在多處微細的裂紋（圖10）。

掰斷的新斷口，韌窩小而淺（圖11）。

5.元素分析

經(jīng)掃描電鏡、能譜分析表明裂紋內(nèi)部存在夾雜物。材質(zhì)表面存在大量的裂紋，內(nèi)部充滿鐵的氧化物。見圖12和表2。

圖6 過濾網(wǎng)上5處低倍形貌

三、分析與討論

1.材質(zhì)分析

由于材質(zhì)成分分析結(jié)果表明，過濾網(wǎng)骨架材質(zhì)為10F鋼，而且硫元素超標(biāo)。

圖7 過濾網(wǎng)垂直于板厚方向的金相組織（鐵素體+顆粒狀三次滲碳體）

圖8 過濾網(wǎng)B面平行于板厚方向的金相組織（鐵素體+顆粒狀三次滲碳體；裂紋以穿晶為主擴展，裂紋呈現(xiàn)人字形，由外部往里面擴散，裂紋沒有貫穿整個濾網(wǎng)的厚度。）

圖5 過濾網(wǎng)上4處裂紋及“裂紋斷口”低倍形貌（裂紋起源于B面黃色箭頭處）

圖9 過濾網(wǎng)B面平行于板厚方向的斷口形貌

圖10 過濾網(wǎng)B面平行于板厚方向的斷口形貌

圖11 過濾網(wǎng)的斷口形貌

表2 斷口處元素分析(質(zhì)量百分數(shù)%)

1.F鋼易切削，冷變形塑性很好，深沖壓等冷加工性和焊接性能好，可用來制造易加工成形而對強度要求不高的零件。但是硫元素超標(biāo)，會在軋制時產(chǎn)生熱脆斷裂，同時降低鋼的延展性和耐蝕性。

2.結(jié)論

由電鏡圖中可以判斷斷口為熱脆性斷口，說明了產(chǎn)生裂紋的主要原因不是由于環(huán)境引起的腐蝕斷裂，是由材質(zhì)中的有害硫元素含量偏高，導(dǎo)致鋼原料中存在原始表面裂紋缺陷。

圖12 斷口元素分析位置

由于過濾網(wǎng)骨架的制備工藝：鋼板——沖壓——彎曲——焊接。在濾網(wǎng)的邊緣處會產(chǎn)生很大應(yīng)力。這些微裂紋在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，當(dāng)應(yīng)力達到一定程度時候，裂紋開始擴展，導(dǎo)致斷裂。

四、改進措施

由于往復(fù)式壓縮機內(nèi)介質(zhì)為氫氣，易燃易爆且壓力較高，一旦有碎片進入壓縮機必然損壞壓縮機，給安全生產(chǎn)帶來極大的隱患。出現(xiàn)上述問題后，經(jīng)討論分析決定將過濾網(wǎng)骨架材質(zhì)更換為304不銹鋼，304不銹鋼是應(yīng)用最為廣泛的一種鉻-鎳不銹鋼，作為一種用途廣泛的鋼，具有良好的耐蝕性、耐熱性，低溫強度和機械特性；沖壓、彎曲等熱加工性好，無熱處理硬化現(xiàn)象（使用溫度-196～800℃）。材質(zhì)更換完后，以后幾次檢修再無出現(xiàn)問題。

[1] 50萬噸/年催化汽油選擇性加氫脫硫項目首次標(biāo)定報告．惠州，惠州煉油運行一部，2013 16-17

[2]王廷溥，齊克敏，金屬塑性加工學(xué)--軋制理論與工藝．北京，冶金工業(yè)出版社，2012 119-120

[3]劉鳴放，劉勝新，金屬材料力學(xué)性能手冊．北京，機械工業(yè)出版社，2011 82-83

[4]李立碑，金屬材料物理性能手冊．北京，機械工業(yè)出版社，2011:189-190

TE968

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1671-0711（2016）05-0058-04