我要投搞

标签云

收藏小站

爱尚经典语录、名言、句子、散文、日志、唯美图片

当前位置:主页 > 承压应变 >

承压设备损伤模式识别ppt

归档日期:09-15       文本归类:承压应变      文章编辑:爱尚语录

  * 5.10 蠕变 主要影响因素 a) 蠕变变形速率的主要影响因素为材料、应力和温度,损伤速率(或应变速率)对应力和温度比较敏感,比如合金温度增加12℃或应力增加15%可能使剩余寿命缩短一半以上; b) 温度:在蠕变阈限温度下,一般不发送蠕变变形。高于温度阈值时,蠕变损伤就可能发生。在阈值温度下服役的设备,即使裂纹尖端附近的应力较高,金属部件的寿命也几乎不受影响; c) 应力:应力水平越高,蠕变变形速率越大,应力断裂的时间越短; d) 蠕变韧性:蠕变韧性低的材料发生蠕变时变形小或没有明显变形。通常高抗拉强度的材料、焊接接头部位、粗晶材料的蠕变韧性较低,更可能发生应力断裂。 5.10 蠕变 易发生的装置或设备 a) 蠕变温度阈值以上运行的承压设备,如催化重整装置热壁加氢反应器和加热炉炉管、加氢精制装置加热炉炉管、加氢裂化装置加热炉炉管,催化裂化装置热壁加氢反应器、分馏塔和再生器内构件,乙烯裂解装置的裂解炉炉管,延迟焦化装置的焦化炉炉管和焦炭塔、高温烟气管道等; b) 运行温度略低于蠕变温度阈值的承压设备,以及异种钢焊接接头,其焊接接头热影响区和局部高应力区易发生蠕变; c) 高温运行的其他设备,如加热器中的加热管、管座、管吊架,及锅炉主蒸汽管道、炉内构件都比较敏感。 5.10 蠕变 主要预防措施 a) 优化设计:设计时充分考虑各种不利因素,选择合理的截面形式和开孔补强,降低局部高应力,并使过热点和局部过热情况减到最小; b) 材料合金成分:选用蠕变韧性储备足够的材料,或添加合适的合金成分,并进行合适的焊后热处理提高材料蠕变韧性; c) 修复或更换:蠕变损伤不可逆,一旦检测到损伤或开裂,应进行寿命评价,发现严重损伤或裂纹时应修复或更换,采用焊接方法的宜选择较高的焊后热处理温度; d) 工艺优化:改进工艺运行参数或物料组分比,降低工艺运行温度至蠕变阈值以下,或减少设备局部过热情况,并减少结垢或沉积,对结垢和沉积物及时进行清除。 5.10 蠕变 检测/监测方法 a) 在役设备采用红外线监测方法观察有无过热,停车时对怀疑存在过热的部位和应力状态复杂的部位进行宏观检查和厚度测量,发现存在明显变形时可进行表面磁粉检测或渗透检测确认是否开裂,必要时可通过金相检查来分析损伤程度,甚至可微损或破坏性取样试验,测试材料高温力学性能; b) 在蠕变阈值以上运行的铬钼合金制设备,或运行温度接近蠕变阈值设备的焊接接头,应对焊接接头进行目视检测,确认是否有鼓胀、鼓包、开裂、下垂和弧状弯曲,每隔一定周期(2~4年)进行表面磁粉检测或渗透检测,运行周期较长(≥8年)的设备补加超声波横波检测,制造时存在缺陷或进行过返修的部位应作为检测重点区域; c) 目视检测和变形测量:目测检测是否有鼓胀、鼓包、开裂、下垂和弧状弯曲,对大直径(直径≥3.5米)设备采用激光测距仪器检查是否有直径增长情况,对非大直径设备(直径<3.5米)用激光测距仪器、蠕变测量尺、量规检查是否有直径增长情况,或在表面设置标记点并测量标记间距有无增大; d) 在最可能发生壁厚减薄的地方测量壁厚。 相关或伴随的其它损伤模式 再热裂纹。 机械损伤 5.11 应变时效 损伤描述及损伤机理 钢在中等温度(100~300℃)下保温一段时间后,材料晶格出现了滑移层而扭曲,发生塑性变形,对固溶合金元素的溶解能力下降,呈现出饱和或过饱和状态,促使被溶物质扩散及析出,导致冲击功值及塑性下降,而强度和硬度提高。另外加工过程中发生塑性变形的钢材,经历一段较长时间的自然放置后,也同样会发生强度和硬度升高,延性和韧性降低。 损伤形态 无明显特征,一般通过金相分析和冲击试验判断,金相分析可了解脆性裂纹的形成过程,但在断裂发生前一般无法确定是否属于应变时效损伤。 敏感材料 低碳钢、钼钢、低合金钢,尤其是大多数早期的粗晶碳钢(1980年以前生产)。 5.11 应变时效 主要影响因素 a) 制造工艺:如果炼制过程中混入的杂质多,如N元素,钢材更易发生应变时效。氧气转炉法制造的钢材,及渗铝的全镇静钢对应变时效不敏感; b) 微观组织:N、C含量较高的沸腾钢和半镇静钢可能发生应变时效,近期制造的细晶粒全镇静钢不会发生应变时效; c) 应力:敏感材料在冷加工变形后如未将残余应力消除,在中温环境下易发生应变时效; d) 设备如果存在裂纹,须防范应变时效及其造成的脆性断裂; e) 敏感材料的加载和升温顺序及幅度是防止脆性断裂的关键; f) 敏感材料的裂纹或缺口附近进行焊接作业,易引起应变时效。 5.11 应变时效 易发生的装置或设备 采用敏感材料制造,且未将冷加工残余应力消除的设备。 5.11 应变时效 主要预防措施 a) 采用杂质较少,如N、C元素含量低的新型钢材,或完全脱氧的钢材; b) 在役的老旧装备,停车时先降压后降温,开车时先升温后升压; c) 敏感材料焊接修复后,应进行焊后热处理。若不能进行焊后热处理,可采用预堆边焊技术; d) 对冷作加工件进行消除应力处理。 5.11 应变时效 检测/监测方法 a) 取样进行冲击试验等力学性能测试; b) 金相分析 相关或伴随的其它损伤模式 无。 机械损伤 报告内容 1 引言 2 腐蚀减薄 3 环境开裂 4 材质劣化 5 机械损伤 6 其它损伤 承压设备损伤模式识别 六、其它损伤 6.1 高温氢腐蚀 6.2 腐蚀疲劳* 6.3 冲蚀* 6.4 蒸汽阻滞 6.5 低温脆断 6.6 过热 6.7 异种金属焊缝开裂 6.8 耐火材料退化* 6.9 铸铁石墨化腐蚀 6.10 微动腐蚀* 6.1 高温氢腐蚀 损伤描述及损伤机理 碳钢和合金钢在高温(260℃)临氢环境中,因钢中的碳与氢反应生成甲烷气体,材质发生脱碳的过程,并可形成鼓泡或开裂。 C+2H2→CH4 损伤形态 a) 氢腐蚀大致分为三个阶段: 孕育期——晶界碳化物及其附近有大量亚微型充满甲烷的鼓泡形核,钢的力学性能没有变化,仅在金相观察中可能观察到; 腐蚀期——鼓泡长大,达到某一临界密度后沿晶界连接起来形成微观或宏观裂纹,钢的体积膨胀,力学性能迅速下降,超声波测厚时可能会表现为异常“增厚”; 饱和期——宏观裂纹彼此连接,钢中的碳逐渐耗尽,力学性能和体积变化逐渐接近极限; b) 鼓泡沿晶界分布,形成沿晶开裂,开裂部位发生脱碳。 敏感材料 碳钢、钼钢、铬钼钢。 6.1 高温氢腐蚀 主要影响因素 a) 温度:温度越高,氢腐蚀越严重; b) 氢分压:氢分压越高,氢腐蚀越严重; b) 其他气体成分:H2O和O2存在时可加速氢腐蚀; c) 材质:钢中含碳量增加时,氢腐蚀程度加剧;晶粒粗大的钢材氢腐蚀敏感性较小。 6.1 高温氢腐蚀 易发生的装置或设备 a) 合成氨装置:热电偶套管、触媒冷却管、转换器和设备衬里; b) 加氢装置:加氢反应器、进料和出料的设备及管线; c) 甲醇装置:甲醇转换器; d) 铂重整装置:反应器、进料和出料的设备及管线; e) 乙烯裂解装置:甲烷化反应器进出料温度高于220℃的流程,包括甲烷化反应器、进出料换热器管壳程及相连管道。 6.1 高温氢腐蚀 主要预防措施 a) 元素成分:添加Cr、Mo元素可以明显改善钢的耐氢腐蚀能力,其他能形成稳定碳化物的合金元素(如V、Ti、Nb等),添加后都能提高钢的抗氢腐蚀能力; b) 材料组织:球化后的组织氢腐蚀速率减小; c) 工艺:采用低氢分压生产工艺; d) 衬里:采用奥氏体不锈钢等高合金衬里; e) 温度:采用可以降低反应温度的催化剂,减少温度的影响。 6.1 高温氢腐蚀 检测/监测方法 a) 孕育期主要采用金相方法检测表面脱碳和鼓泡形核情况; b) 腐蚀期除了采用金相法外,也可以采用磁粉检测或渗透检测检查表面是否已出现裂纹; c) 对于开裂可能发生在内壁,但又无法进行表面检测的可以采用超声波检测; d) 可通过力学性能试验测试材质劣化程度,如测定冲击功、韧脆转变温度、强度极限和断面收缩率等。 相关或伴随的其它损伤模式 脱碳。 其它损伤 6.2 腐蚀疲劳 损伤描述及损伤机理 材料遭受介质腐蚀后形成的点蚀坑或表面防护膜破裂引起局部阳极作用,导致阳极优先溶解;阴极反应释放的氢产生氢脆,使部分材料塑性降低,在疲劳载荷作用下易在表面高应力区形成开裂,开裂尖端的金属接触介质发生腐蚀溶解,如此循环作用造成开裂快速发展。 损伤形态 a) 断裂呈现脆断特征,裂纹多穿晶,与应力腐蚀开裂的形态相近,但腐蚀疲劳无分叉,并常常形成多条平行裂纹; b) 塑性变形小,剩余壁厚不足以支撑外加机械超载最终引起快速断裂; c) 锅炉中腐蚀疲劳损伤通常首先出现在水侧,一般呈现为环绕支柱与水冷壁管连接件焊缝处环状裂纹。在横截面上,裂纹往往向各个方向扩展呈球状,为穿晶型; d) 硫化环境中的腐蚀疲劳裂纹具有相似的外观,裂隙中填满硫化物; e) 在旋转设备上,腐蚀疲劳裂纹大部分为穿晶型,带有极少量分叉。 敏感材料 所有金属和合金。 6.2 腐蚀疲劳 主要影响因素 a) 应力集中:在凹坑、缺口、表面缺陷、截面变化或角焊缝等应力集中部位易萌生裂纹; b) 周期应力:周期应力越大,腐蚀疲劳敏感性越高; c) 与纯粹的机械疲劳不同,腐蚀疲劳不存在疲劳极限。与无腐蚀时材料的正常疲劳极限相比,腐蚀作用会在更小应力和更少循环周次时加速疲劳失效,并常常形成多条平行裂纹。 6.2 腐蚀疲劳 易发生的装置或设备 a) 旋转设备:泵轴在腐蚀作用下产生局部减薄,形成应力集中,在疲劳载荷作用下发生开裂; b) 纸浆造纸、炼油、石油化工以及化石燃料装置中的脱气塔; c) 循环锅炉:运行过程中可能会经历数百次冷启动,由于膨胀差异导致表面保护性四氧化三铁锈皮不断开裂剥离,促进腐蚀扩展。 6.2 腐蚀疲劳 主要预防措施 a) 旋转设备:利用涂层和/或防腐剂改变腐蚀性环境,使电偶效应减到最小程度,或使用抗腐蚀性更强的材料; b) 脱气塔:正确控制给水和冷凝水化学成分,通过焊后热处理使焊接残余应力和加工应力减到最小,将焊缝轮廓打磨光滑使焊缝余高减到最少; c) 循环锅炉:缓慢启动以使膨胀差异产生的应变减到最小程度,监测锅炉水的化学成分。 6.2 腐蚀疲劳 检测/监测方法 a) 旋转设备:超声检测、磁粉检测、渗透检测; b) 脱气塔: 内壁湿荧光磁粉检测; c) 循环锅炉: 开裂可能会发生于高应力区,如与支柱连接的水冷壁管冷侧上的针孔裂纹。用超声检测或电磁检测检查高应力区,尤其是支柱拐角处。 相关或伴随的其它损伤模式 机械疲劳、振动疲劳。 其它损伤 6.3 冲蚀 损伤描述及损伤机理 在腐蚀介质的作用下,固体﹑液体﹑气体及其混合物的运动或相对运动产生切应力,能剥离金属表面腐蚀产物,使新鲜的金属表面暴露出来,形成快速腐蚀。 损伤形态 冲蚀可以在很短的时间内造成局部严重腐蚀,典型情况有腐蚀坑、沟、锐槽、蚀孔和波纹状形貌,且具有一定的方向性。 敏感材料 所有金属、合金和耐火材料。 6.3 冲蚀 主要影响因素 介质腐蚀性:介质腐蚀性强可导致材料冲蚀加剧; 硬度:硬度低的合金易发生冲蚀,但如果在介质腐蚀占主导的场合,硬度对材料耐冲蚀能力的影响有限; 流速:对于不同的环境/材料组合,介质流速须超过对应组合情况下的门槛值才会发生冲蚀,流速越高,腐蚀越严重; 组分:介质组分的相态,夹带颗粒的尺寸、密度和硬度均影响冲蚀能力; 6.3 冲蚀 易发生的装置或设备 输送流动的腐蚀性介质的所有设备,多见于管道系统,尤其是弯头、三通和异径管部位,以及调节阀和限流孔板的下游部位;而对于设备系统,典型情况有泵、压缩机、发动机、叶轮、搅拌器、搅拌罐、换热器管束、监检测孔板、涡轮叶片、喷射器、出入口接管、刮片、切割片和防冲板等; 催化裂化装置反再系统的催化剂处理系统、焦化装置的焦炭处理系统,尤其是这些系统中的泵、压缩机和旋转设备; 加氢反应器废水管道、常减压装置温度高且流速大的设备入口的设备和管道可能发生冲蚀。 6.3 冲蚀 主要预防措施 设计优化:选择合适的结构和尺寸,典型措施有增加管道直径降低介质流速,采用流线型弯头,增加冲蚀部位壁厚,设置易更换的防冲板等; 选材:采用耐蚀金属或合金降低介质腐蚀性,形成更致密的保护膜。采用硬度值高的材质,或增设耐磨衬里,或进行表面强化处理等; 工艺改进:介质除气、旋风分离除固、注入冷凝液或抑制剂。 6.3 冲蚀 检测/监测方法 壁厚测定:对高流速部位或怀疑部位采用超声检测或射线扫描进行壁厚测定; 探针或挂片:采用在线电阻探针或专业腐蚀挂片进行腐蚀监测; 红外检测:设备服役过程中检测耐火衬里的完好状态。 相关或伴随的其它损伤模式 冲刷。 其它损伤 6.5 低温脆断 损伤描述及损伤机理 金属材料在温度降低至一定值(一般为其韧脆转变温度)以下时,在施加载荷后没有发生明显的塑性变形就突然发生的快速断裂,其发生过程通常称为低温脆断。 损伤形态 a) 裂纹多平直﹑无分叉,塑性变形小,裂纹周围无剪切唇或局部颈缩; b) 显微镜下断口基本呈解理形貌,有时存在少量的沿晶裂纹和韧窝。 敏感材料 碳钢、低合金钢、铁素体不锈钢。 6.5 低温脆断 主要影响因素 a) 材料存在缺陷时,缺陷部位如下三个关键因素的组合: 1) 材料断裂韧度; 2) 缺陷尺寸、形状和应力集中系数; 3) 缺陷位置残余应力和外加应力水平。 b) 脆性相比例越大,脆性断裂损伤的可能性越高; c) 材料纯净度、晶粒尺寸; d) 截面尺寸大的材料抗脆性断裂能力较低; e) 温度:服役温度低于材料韧脆转变温度的设备,发生脆性断裂的可能性较高。 6.5 低温脆断 易发生的装置或设备 a) 轻质烃球罐、低温运行的装置设备及管道,如乙烯深冷单元、润滑油装置氨冷系统等; b) 高温工艺下运行的设备,如乙烯裂解的脱甲烷塔部分,在开车、停车、水压试验、气密试验期间可能发生脆性断裂,尤其是厚壁设备; c) 材料未进行冲击试验,或冲击试验的韧性指标较低的材料制造的设备。 6.5 低温脆断 主要预防措施 a) 优化设计:设计时应考虑可能发生的低温状态或工况,限定材料化学成分要求,通过热处理工艺降低低温脆断的敏感性,并通过冲击试验进行验证; b) 如果材料或结构存在缺陷,且应力﹑材料韧性及缺陷尺寸的组合满足敏感性高的条件,应进行型式试验等工程方法研究后再使用; c) 控制操作压力和操作温度,开、停车时如不影响工艺,应采用停车“先降压后降温”、开车“先升温后升压”的工艺,并限定最小升压温度; d) 在役设备停车进行焊接修复或改造后宜进行焊后热处理; e) 控制水压试验的介质温度,不应低于设备材料韧脆转变温度。 6.5 低温脆断 检测/监测方法 a) 对高应力部位进行磁粉检测或渗透检测,但效果有限; b) 应力测试、磁记忆检测; c) 挂块或挂片,定期取出部分试样测试冲击韧性。 相关或伴随的其它损伤模式 回火脆化﹑应变时效﹑475℃脆化﹑钛氢化、σ相脆化。 其它损伤 谢谢 5.1 机械疲劳 检测/监测方法 a) 宏观检查、渗透检测、磁粉检测、涡流检测等; b) 振动监测:运行状态下的振动监测有助于判断是否可能发生共振情况。 相关或伴随的其它损伤模式 振动疲劳。 机械损伤 5.2 热疲劳 损伤描述及损伤机理 温度变化导致零件截面上存在温度梯度,厚壁件尤为明显,在温度梯度最大处可能造成塑性应变集中,在热应变最大的区域发生局部开裂,在温度变化引起的周期应力作用下不断扩展。高温区间内材料内部组织结构发生变化,降低了材料抗疲劳能力,并促使材料表面和裂纹尖端氧化,甚至局部熔化,加速热疲劳破坏速率。 损伤形态 a) 热疲劳裂纹始发于受热表面热应变最大区域,一般有若干个疲劳裂纹源,裂纹垂直于应力方向从表面向壁厚深度方向发展,受热表面产生特有的龟裂裂纹,以单个或多个裂纹形式出现,裂纹通常既短且宽成匕首状,分支少,穿晶型为主,裂隙多充满高温氧化物; b) 蒸汽发生器的截面厚度变化处多有应力集中,裂纹易在此类部位及角焊缝根部发生; c) 吹灰器中的水可引起热疲劳龟裂,以周向裂纹为主,轴向裂纹为辅。 敏感材料 所有金属和合金。 5.2 热疲劳 主要影响因素 a) 循环温差:温度变动幅度和频率; b) 应力:零件表面缺口、角焊缝等截面变化处等应力集中都可能成为裂纹萌生部位,失效时间随着应力增加而缩短; c) 设备的开车和停车会增加热疲劳损伤的可能性,一般温度变化范围超过90℃,裂纹就有可能发生; d) 表面温度:表面温度的快速变化,会在部件厚度上或沿着部件长度方向产生温度梯度,加快热疲劳损伤; e) 热疲劳与材料导热性、比热等热力学性质有关,且与弹性模量、屈服极限等力学性能有关。 5.2 热疲劳 易发生的装置或设备 a) 冷、热流体的混合点,如冷凝水和蒸汽系统接触的部位; b) 焦炭塔壳体、接管和裙座; c) 蒸汽发生设备的过热器、再热器中换热管束间刚性连接件,以及被灰垢等填塞失去滑动能力成为刚性连接的滑动隔离块; d) 高温过热器或再热器中韧性较差的水冷壁管; e) 乙烯裂解装置的裂解炉管,以及急冷部分急冷锅炉集箱与换热管连接处; f) 用含冷凝水的蒸汽驱动吹灰器可能会造成热疲劳损伤,液态水对管子的快速冷却会加快热疲劳损伤,如使用水枪或水炮对水冷壁进行强制冷却。 5.2 热疲劳 主要预防措施 a) 优化设计:减少应力集中点、焊缝打磨平滑过渡、设备开车和停车时控制加热和冷却速度、减少不同材料连接部件之间的不均匀热膨胀、增加不均匀热膨胀区域结构柔性; b) 蒸汽发生设备中避免使用刚性连接件,并保持滑动隔离块的滑动能力; c) 增设吹灰器吹灰循环启动阶段的冷凝水排水管路; d) 温差较大的冷热流体接触部位增设衬里或套管。 5.2 热疲劳 检测/监测方法 a) 目视检测,表面磁粉检测或渗透检测; b) 超声横波检测; c) 采用特殊的超声波检测方法检测厚壁反应器的焊接接头。 相关或伴随的其它损伤模式 腐蚀疲劳、异种金属焊缝开裂。 机械损伤 5.3 振动疲劳 损伤描述及损伤机理 设备或构件在振动载荷、水锤或不稳定流体流动等动态载荷作用下,引起了交变载荷,产生疲劳开裂。 损伤形态 a) 高应力点或结构不连续处萌生裂纹; b) 耐火材料振动损伤时会导致耐火材料、锚固系统损伤,甚至引起设备表面温度异常升高。 敏感材料 所有金属和合金。 5.3 振动疲劳 主要影响因素 a) 振动频率:振动载荷频率与设备或部件固有频率相等或接近时,易发生开裂; b) 材质抗疲劳能力; c) 应力:缺口处或应力集中部位可能萌生裂纹。 5.3 振动疲劳 易发生的装置或设备 a) 泵和压缩机相连的未加强支撑管道、承插焊缝、跨线管道、回流管道和小口径接管; b) 阀门或控制仪表附近无加强支撑的小口径接管; c) 频繁振颤、起跳的安全泄压阀; d) 高压降压力调节阀和蒸汽减压站; e) 换热器管束。 5.3 振动疲劳 主要预防措施 a) 优化设计:采用加强支撑和减振设施来消除或降低振动,在小口径接管上安装支撑板和加强筋板,或取消不必要的接管;控制阀和安全阀出口处的流体分离引发的振动,可通过调整接管尺寸和介质流量的方法降低振动程度; b) 当某一振动段被固支时,振动作用可能会转移。在安装固支件或减振器之前,应做专门研究分析; c) 减少或消除振动源。 5.3 振动疲劳 检测/监测方法 a) 查找设备振动、管道振动、设备位移、水锤作用的部位; b) 检查是否有源自管道部件的明显振动声响; c) 在瞬变状态(如启动、关闭、异常运行等)期间进行外观检查; d) 使用专用监控设备来测量管道振动; e) 使用磁粉检测或渗透检测进行表面检测; f) 定期检查管道支架和弹簧吊架; g) 保温层损坏部位可能发生过过度振动。 相关或伴随的其它损伤模式 机械疲劳、耐火材料退化。 机械损伤 5.4 接触疲劳 损伤描述及损伤机理 材料、零件、构件在循环接触应力作用下,摩擦工件材料受法向载荷和切向载荷长期不断反复作用,产生局部永久性损伤,经一定的循环次数后,接触表面损伤累积产生麻点,形成浅层或深层材料剥落,发生表面疲劳破坏。 损伤形态 接触表面多可见针状或痘状的凹坑,俗称麻点,有些凹坑很深,呈贝壳状,有疲劳辉纹的痕迹存在。在刚出现少数麻点时,设备一般仍可继续服役,但随着工作时间的延续,麻点剥落增多,范围扩大,磨损加剧,附加冲击力增大,甚至引起断裂。 敏感材料 所有金属和合金。 5.4 接触疲劳 主要影响因素 a) 非金属夹杂物:接触面存在非金属夹杂物时,非金属夹杂物与基体金属的交界处产生应力集中,易发生接触疲劳; b) 载荷:载荷越大,接触疲劳越严重; c) 硬度:材料硬度高时塑性变形抗力强,接触时变形少,裂纹敏感性增强,易形成裂纹源。 5.4 接触疲劳 易发生的装置或设备 发生相对运动的接触面。 5.4 接触疲劳 主要预防措施 a) 优化结构设计:避免使用过程中接触面发生应力集中或应力水平过高; b) 选材:选用非金属夹杂物含量低的材料,材料的含碳量或碳当量应控制在合理的范围,通过热处理等方法将材料硬度控制在合适的范围内; c) 焊后热处理:条件允许的情况下提高焊后热处理温度,降低残余应力。 5.4 接触疲劳 检测/监测方法 a) 宏观检查接触面有无麻点或凹坑; b) 运行过程监测有无异常声响; c) 振动状态监测。 相关或伴随的其它损伤模式 机械磨损。 机械损伤 5.5 机械磨损 损伤描述及损伤机理 两相互接触的表面产生相对摩擦运动,接触点形成的粘着与滑溜不断相互交替,造成材料表面损伤的过程。 损伤可分为三个阶段: a) “跑合”阶段:零件表面加工后存在粗糙度,接触点处产生很高的接触应力,材料表面磨损速度也较快,随着机械继续运转,粗糙处凸峰被逐渐磨损,使摩擦表面的实际接触面逐渐增大,接触应力降低,磨损速度逐渐放缓; b) “稳定”磨损阶段:经“跑合”后,摩擦表面加工硬化,微观几何形状改变,从而建立了弹性接触界面。正常运转时,摩擦表面处于液体摩擦状态,只是在启动和停车过程中,才出现边界摩擦和半干摩擦情况,摩损速度降低且基本稳定,磨损量与时间成正比,间隙缓慢增大; c) “急剧”磨损阶段:经过长时间“稳定”磨损,产生过大间隙,会产生冲击,润滑油膜有时会被破坏,磨损速度急剧增加,机械效率下降,精度降低,出现异常噪声和振动,最后发生故障停车。 损伤形态 零件表面形貌、成分、结构和性能等都随着时间的推移而发生变化,反复磨损作用使零件表面材料损失,后期磨损的渐进性又破坏了前期大部分的磨损特征。 敏感材料 所有金属材料。 5.5 机械磨损 主要影响因素 a) 硬度和韧性:硬度决定其表面抵抗变形的能力,但过高的硬度易使脆性增加,使材料表面产生磨粒状剥落;韧性则可防止磨粒的产生,提高其耐磨性能; b) 应力:应力越大,机械磨损越严重; c) 润滑:润滑对减少机件的磨损有着重要的作用,润滑不良时存在固——固摩擦,机件运行速度越快磨损越剧烈;润滑良好时即使速度很高,由于润滑油膜的存在仅形成液——固摩擦,磨损增加不明显; d) 温度:温度主要影响润滑油粘度及表面张力; e) 表面粗糙度:表面粗糙度直接影响耐磨损能力,表面粗糙度越低,磨损的可能性越小; f) 装配和安装质量对磨损影响较大,特别是配合间隙,既不应过大,也不应过小。 5.5 机械磨损 易发生的装置或设备 两个相互接触,且接触表面有相对运动的设备,如换热器管束和管板接触部位、带运动机构的承压设备(搅拌反应器、搅拌混合器等)、花键联接和过盈配合联接且发生微小振动的部位、螺纹锁紧环换热器螺纹联接部位。 5.5 机械磨损 主要预防措施 a) 改善摩擦副之间的接触状态,使用润滑剂在摩擦副表面形成润滑介质膜、表面吸附膜或表面反应膜,可以达到减轻磨损的目的; b) 选择适当的材料组合; c) 对摩擦副表面进行表面强化处理,提高耐磨性的效果显著; d) 降低摩擦副表面粗糙度,也可以减少磨损。 5.5 机械磨损 检测/监测方法 目视检测、称重测量、尺寸测量、声发射监控。 相关或伴随的其它损伤模式 无。 机械损伤 5.7 汽蚀 损伤描述及损伤机理 当流体中的液体局部压力下降到临界压力时,液体中气核成长为汽泡,汽泡产生、聚积、流动、分裂、溃灭对设备造成腐蚀的全过程。泵在吸入液体时,叶轮入口处压强可能下降至液体的饱和蒸汽压或更低,液体将会发生部分汽化,生成的气泡聚积长大,随液体从低压区进入高压区,在高压区气泡会急剧收缩破裂,以至溃灭,气泡周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占空间,产生高强度的冲击波,冲击叶轮和泵壳,发生噪音引起震动。由于长期受到冲击力反复作用以及液体中微量溶解氧的化学腐蚀作用,叶轮局部表面出现斑痕和裂纹甚至成海绵状。 损伤形态 汽蚀通常看上去像边缘清晰的点蚀,仅在流体低压区域发生。 敏感材料 纯铜、黄铜、铸铁、碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、镍基合金。 5.7 汽蚀 主要影响因素 a) 汽蚀余量:汽蚀余量指泵可提供的液体(在吸入侧测量)的实际压力或扬程,与该液体的蒸汽压力之差,汽蚀余量不足可导致汽蚀; b) 温度:接近液体沸点运行时,较低温度下更易发生汽蚀; c) 固体或磨蚀性颗粒:流体中存在固体或磨蚀性颗粒时会加速汽蚀损伤。 5.7 汽蚀 易发生的装置或设备 a) 泵壳、叶轮(低压侧)、管口、控制阀下游管道; b) 局部区域内压力快速变化的限流通道或其它紊流区易发生汽蚀,如换热器管束、文丘里管、密封和轴承部位。 5.7 汽蚀 主要预防措施 a) 控制压力:增加泵的吸水压、避免液体绝对压力降至蒸汽压力以下; b) 选材:选择硬度、强度高、耐腐蚀的材料,使用硬质焊敷层或耐磨堆焊层,但须注意固-液界面保护膜的机械破裂会加速侵蚀,过硬的材料无法经受高的局部压力和破裂气泡的冲击作用; c) 使流动路径呈流线型以减少紊流、降低流速、去除夹带的空气、添加添加剂改变流体性质。 5.7 汽蚀 检测/监测方法 a) 发生汽蚀的泵有如卵石在内部撞击之声; b) 监测流体的性质,对紊流区域进行声发射监控,检测声音特征频率; c) 可疑区域进行外观检查,设备内部超声波检测和射线扫描监控壁厚损失。 相关或伴随的其它损伤模式 冲蚀、冲刷。 机械损伤 5.9 热冲击 损伤描述及损伤机理 金属材料受到急剧的加热或冷却时,局部温度发生剧烈的变化,其内部将产生较大温差,产生变形不协调形成高热应力,甚至可能超过材料的屈服极限,导致开裂或金属部件损坏。常见情况如某一较冷液体与另一较热金属表面接触时,易发生热冲击。 损伤形态 热冲击引发的表面开裂多呈现为“发丝状”裂纹。 敏感材料 所有金属和合金。 5.9 热冲击 主要影响因素 a) 温差:剧烈升温或降温造成的温差越大,热冲击损伤可能性越大; b) 热膨胀系数:不锈钢具有比碳钢和合金钢或镍基合金更高的热膨胀系数,遭受同样的剧烈升温或降温时产生的应力可能更大,热冲击损伤的可能性也更高; c) 铸造部件的缺陷处在遭受热冲击时易萌生裂纹,并沿厚度方向扩展。 5.9 热冲击 易发生的装置或设备 a) 催化裂化装置﹑延迟焦化装置﹑催化重整装置和加氢裂化装置中的高温管道和设备; b) 延展性差的材料,如回火脆化后的铬钼钢; d) 停车时须快速冷却的高温服役设备; e) 事故状态下或灾害条件下的设备,如低温介质意外泄漏造成的附近设备快速冷却,火灾环境下附近被火焰炙烤的设备。 5.9 热冲击 主要预防措施 a) 稳定高温管线中流体状态,防止物料时断时续; b) 优化结构设计,减少局部应力集中; c) 安装隔热套管,防止低温流体冲击; d) 减少雨水或消防水对高温设备的直接喷淋; e) 检查高温运行设备和管道的冷流体注入点,确定是否存在潜在热冲击。 5.9 热冲击 检测/监测方法 a) 热冲击损伤多高度局部化,难以定位,需通过工艺分析评判可能发生热冲击的部位; b) 采用表面磁粉检测或渗透检测,确定可能发生热冲击的部位是否已经开裂。 相关或伴随的其它损伤模式 热疲劳。 机械损伤 5.10 蠕变 损伤描述及损伤机理 在低于屈服应力的载荷作用下,高温设备或设备高温部分金属材料随时间推移缓慢发生塑性变形的过程称为蠕变,蠕变变形导致构件实际承载截面收缩,应力增大,并最终发生不同形式的断裂。蠕变一般可分为以下两类: a) 沿晶蠕变:常用高温金属材料(如耐热钢、高温合金等)蠕变的主要形式,在高温、低应力长时间作用下,晶界滑移和晶界扩散比较充分,孔洞、裂纹沿晶界形成和发展; b) 穿晶蠕变:高应力条件下,孔洞在晶粒中夹杂物处形成,随蠕变损伤的持续而长大、汇合。 损伤形态 a) 蠕变损伤的初始阶段一般无明显特征,但可通过扫描电子显微镜观察来识别。蠕变孔洞多在晶界处出现,在中后期形成微裂纹,然后形成宏观裂纹; b) 塑性较好的材料在发生应力断裂前可观察到明显的蠕变变形,而塑性较差的材料在发生应力断裂前无明显的蠕变变形。运行温度远高于蠕变温度阈值时,通常可观察到明显的鼓胀、升长等变形,变形量主要取决于材质、温度与应力水平的三者组合; c) 承压设备中温度高、应力集中的部位易发生蠕变,尤其在三通、接管、缺陷和焊接接头等结构不连续处。 敏感材料 所有金属和合金。 4.9 475℃脆化 主要影响因素 a) 温度:敏感材料暴露于371~538℃温度范围内有脆化倾向;材料韧性在操作温度下变化不大,但在较低温度下显著降低;若在更高温度下进行回火,并在转变温度范围内保持或冷却时间较长均可导致材料脆化; b) 时间:在脆化温度范围内,停留时间越长,材料脆化倾向越大; c) 材质:降低铁素体相含量,有利于防止材料脆化;在脆化温度范围内,损伤敏感性随铁素体相含量增加而增大,且在韧脆转变温度时显著增大。 4.9 475℃脆化 易发生的装置或设备 a) 催化裂化装置、常减压装置及延迟焦化装置中高温下服役的分馏塔塔盘及其他内构件,如对减压塔中铁素体不锈钢制塔盘进行焊接或校直时容易发生开裂; b) 敏感材料制造,且暴露于脆化温度范围内的所有设备;长时间暴露于316℃以上的双相不锈钢换热管及其它部件。 4.9 475℃脆化 主要预防措施 a) 选用铁素体含量低的合金、无铁素体合金,或避免敏感材料在脆化温度范围内服役; b) 改变合金成分,增加材料的抗脆化能力; c) 在593℃或更高温度下进行脱脆热处理,并快速冷却,但须充分预计到其后在相同服役条件下,脱脆后的部件脆化速率比未脱脆部件更快。 4.9 475℃脆化 检测/监测方法 a) 在服役设备上切取试样,进行冲击或弯曲测试; b) 大多数脆化部件在停车后、开车前低温情况下易发生开裂,可采用目视检测、渗透检测方法检测开裂情况; c) 硬度测定。 相关或伴随的其它损伤模式 无。 材质劣化 4.10 回火脆化 损伤描述及损伤机理 低合金钢长期暴露在343~593℃范围内,操作温度下材料韧性没有明显降低,但材料组织微观结构变化,降低温度后发生脆性开裂的过程。 损伤形态 a) 目视检测不易发现回火脆化损伤; b) 采用夏比V型缺口冲击试验测试,回火脆化材料的韧脆转变温度较非脆化材料升高。 敏感材料 铬钼钢。 4.10 回火脆化 主要影响因素 a) 材质:合金元素Mn、S、P、Sn、Sb和As可显著增加回火脆性,需控制其含量,并同时保证材料的强度水平、热处理工艺和加工工艺性能; b) 温度:12Cr2Mo1R钢在482℃时的回火脆化速率比427℃至440℃时更快,但长期暴露于440℃时的回火脆化损伤可能更严重; c) 时间:设备回火脆化大多数在脆化温度范围服役数年后发生,在加工热处理阶段有时也会发生回火脆化; d) 环境:临氢环境、存在裂纹类缺陷时会加速回火脆化损伤。 4.10 回火脆化 易发生的装置或设备 a) 服役温度长期高于343℃的各种低合金钢制装备; b) 加氢处理装置:反应器、热进料/出料换热器及热高压分离器; c) 催化重整装置:反应器、换热器; d) 催化裂化装置:反应器; e) 焦化装置:焦炭塔、换热器; f) 乙烯裂解装置:甲烷化反应器、进出料换热器管壳程及相连管道,一般发生在开停车阶段。 4.10 回火脆化 主要预防措施 a) 在役设备应避免在材料回火脆化温度范围内服役。装置开车过程中,若设备温度低于最低升压温度时,操作压力应至少降至最大设计压力的25%。已投用多年的早期钢材回火脆化敏感性高,最低升压温度为171℃;新型抗回火脆化钢材的最低升压温度可达38℃或更低。采用焊补修复的部位应加热至620℃并快速水冷,回火脆化会暂时逆转; b) 准备制造或已经在制的设备:选用P、Sn、Sb和As等杂质元素含量低的材质,进行适当的焊后处理,适当降低材料强度等级; c) 按工程经验可根据材料成分,按下述公式计算母材金属的J因子: J=(Si+Mn)×(P+Sn)×104 (元素质量百分数) 按下述公式计算熔敷金属的X因子 X=(10P+5Sb+4Sn+As)/100(元素质量百万分数) 对于12Cr2Mo1R钢的J因子和X因子最大值限定为100和15; d) 用于制造厚壁装备或可能发生蠕变的设备,选用的新型低合金钢材料应在确定化学成分、韧性、强度、加工、焊接和热处理工艺时,充分考虑各种因素的影响。 4.10 回火脆化 检测/监测方法 a) 在反应器投用时放置同材质挂片,在使用过程中定期取出部分挂片,解剖后制样进行冲击试验,监测回火脆化状态; b) 工艺过程严格遵守操作规定的要求,尤其因注意操作压力和温度的关联性,防止设备因回火脆化而开裂或破断。 相关或伴随的其它损伤模式 无。 材质劣化 4.12 钛氢化 损伤描述及损伤机理 氢扩散到钛中,发生化学反应形成脆性氢化物相,导致材料延展性降低的过程。 2Ti+nH2→2TiHn 损伤形态 a) 钛氢化损伤为金相组织发生变化,目视检查通常不易发现,可通过金相分析和力学性能测试检测; b) 在台虎钳上进行弯曲试验或压扁试验,通过损伤程度观察,判断脆化的程度:仅发生塑性变形属于未发生损伤或损伤轻微,发生脆性断裂或粉碎的表明损伤严重; c) 换热管变脆后外观可能完好无损,在管束取出过程中可能会因发生弯曲而开裂; d) 已发生损伤的管道材料,在重新轧制时易发生开裂; e) 直接用火焰加热的钛易产生钛氢化,尤其是焊接金属熔化区附近; f) 焊接时未采用有效隔离保护措施的焊接接头易发生钛氢化。 敏感材料 钛、钛合金。 4.12 钛氢化 主要影响因素 a) 工艺条件:工艺介质的pH值小于3或大于8,或H2S含量较高,且操作温度高于74℃时易发生钛氢化; b) 电流:比钛合金活性更高的材料,如碳钢、奥氏体不锈钢等,与钛合金接触时因电化学作用易导致钛合金发生钛氢化; c) 时间:钛合金部件吸附氢一段时间后即开始发生脆化,一直持续到材料延性完全丧失; d) 腐蚀产物:制造过程中意外黏附在钛合金表面的铁锈,或工艺流体中从上游设备带入的铁锈和硫化亚铁等杂质,在一些介质环境中可能导致钛合金的钛氢化; e) 材质:纯钛和α钛合金中氢的溶解度为50~300ppm,β钛合金中氢的溶解度为2000ppm,当含氢量超出这个范围时易发生钛氢化。 4.12 钛氢化 易发生的装置或设备 a) 含硫污水汽提装置和胺处理设备中的钛制冷凝器、换热管、管道,和其它操作温度高于74℃的钛装备; b) 温度高于177℃的氢气环境中服役的钛合金设备,尤其是干燥无氧的氢气环境中钛氢化易发生; c) 保护电位小于-0.9v/sce的阴极保护设备。 4.12 钛氢化 主要预防措施 a) 钛材不能用于还原性的氢化环境,如胺或含硫污水等; b) 在电化学接触可能形成钛氢化的部位,如必须采用钛材或钛合金,应在钛材与非钛材部件之间进行绝缘处理。碱性含硫污水环境中,即使进行绝缘处理,也不能防止钛氢化。 4.12 钛氢化 检测/监测方法 a) 特殊涡流检测; b) 金相分析; c) 弯曲或压扁等力学性能测试。 相关或伴随的其它损伤模式 无。 材质劣化 4.13 再热裂纹 损伤描述及损伤机理 金属在焊后热处理或高温服役期间,高应力区发生应力消除或应力松弛,粗晶区应力集中区域的晶界滑动量超过该部位塑性变形能力而发生开裂。 损伤形态 a) 再热裂纹为晶间开裂,发生表面开裂或内部开裂取决于设备的应力状态和几何结构,常见于厚壁断面; b) 再热裂纹最常见于焊接接头热影响区的粗晶段。 敏感材料 低合金钢、奥氏体不锈钢、镍基合金。 4.13 再热裂纹 主要影响因素 a) 再热裂纹须在高应力下形成,常见于厚断面或高强材料中; b) 高温下蠕变延性不足以承受蠕变应变时,易产生再热裂纹。再热裂纹在焊后热处理或高温服役条件下均能发生,一般表现为晶间开裂,变形很小或无明显变形; c) 大多情况下开裂均发生在焊接接头热影响区内,萌生于应力集中部位,并可能成为疲劳源; d) 奥氏体不锈钢的消应力热处理或稳定化处理也可能导致再热裂纹,尤其在厚断面处; e) 其他因素:金属成分、杂质元素、晶粒尺寸、焊缝金属与基体金属强度差、焊接与热处理条件。 4.13 再热裂纹 易发生的装置或设备 a) 厚壁管道、厚壁容器的接管焊接接头等高拘束区; b) 高强低合金钢制造的设备。 4.13 再热裂纹 主要预防措施 a) 厚壁部件连接时,在焊接或焊后热处理阶段应充分预热,尽量减少约束; b) 采用细晶材料,或细化焊接热影响区的粗大晶粒; c) 尽量避免未焊透、未熔合、咬边、焊接裂纹、气孔及夹渣等焊接缺陷。 d) 在设计和制造过程中,应尽量避免材料横截面急剧变化,如引起应力集中的小半径倒角等;长焊缝焊接时,应改善装配过程导致的不匹配性。 4.13 再热裂纹 检测/监测方法 a) 碳钢和低合金钢的表面裂纹,采用超声波横波检测和磁粉检测; b) 奥氏体不锈钢和镍基合金的表面裂纹,采用超声波横波检测和渗透检测; c) 埋藏裂纹必须采用超声波横波检测等检测方法。 相关或伴随的其它损伤模式 无。 材质劣化 4.15 敏化 损伤描述及损伤机理 奥氏体不锈钢含碳量较高,属于非稳定态(即不含钛或铌等稳定化元素),室温时碳在奥氏体中的溶解度很小,约为0.02%~0.03%,远低于不锈钢的实际含碳量,故过饱和的碳被固溶在奥氏体中,当温度超过425℃并在425~815℃范围内停留一段时间时,过饱和的碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散,并和铬元素化合,在晶间形成碳化铬的化合物,如Cr23C6等。铬在晶粒内扩散速度比沿晶界扩散的速度小,内部的铬来不及向晶界扩散,在晶间形成的碳化铬所需的铬主要来自晶界附近,结果就使晶界附近的含铬量大为减少。 当晶界的铬质量分数低到小于12%时,就形成所谓的“贫铬区”,贫Cr区和晶粒本身存在电化学性能差异,使贫Cr区(阳极)和处于钝化态的基体(阴极)之间建立起一个具有很大电位差的活化——钝化电池。贫Cr区的小阳极和基体的大阴极构成腐蚀电池,在腐蚀介质作用下,贫铬区被快速腐蚀,晶界首先遭到破坏,晶粒间结合力显著减弱,力学性能恶化,机械强度大大降低,然而变形却不明显。这种碳化物在晶界沉淀一般称之为敏化作用。 对于含稳定化元素的奥氏体不锈钢,在其焊接接头区域经历多次加热和冷却循环,会在狭窄的特定区域内导致原本溶解在TiC或NbC中的C元素析出,并与Cr元素结合,在晶间形成碳化铬的化合物,如Cr23C6等,同样形成贫铬区,造成耐腐蚀能力下降。 4.15 敏化 损伤形态 a) 发生敏化时,一般尺寸、外形无明显变化且不会发生塑性变形; b) 仅敏化区域可见腐蚀痕迹,如果敏化区间较窄,比如焊接时形成的敏化区,一般出现窄腐蚀沟或裂纹; c) 敏化部位可能仍保持着明亮的金属光泽,但塑性完全丧失,冷弯时易发生开裂,严重时出现脆断和金属晶粒脱落,落地时甚至没有金属碰撞声; d) 金相显微镜或扫描电镜下可观察到晶界明显变宽,多呈网状,严重时可观察到明显的晶粒脱落; c) 含稳定化元素的奥氏体不锈钢的焊接接头发生敏化时,可在接头区域观察到独有的“刀状腐蚀”(或称刃状腐蚀)。 敏感材料 奥氏体不锈钢(不含钛或铌等稳定化元素,或含有稳定化元素但未经稳定化处理)。 4.15 敏化 主要影响因素 a) 含碳量:含碳量越高,敏化敏感性越高,晶间碳化物析出倾向性越大; b) 合金成分:加入Ti、Nb等能形成稳定碳化物(TiC或NbC)的元素并进行稳定化处理,可降低敏化敏感性; c) 热处理:加热到高温进行固溶处理,然后快速冷却(如水冷)形成单一奥氏体相可避免敏化,但现场施工一般不能满足固溶热处理的要求,故一般只用于制造工厂; d) 工艺条件:使用奥氏体不锈钢的工段将操作温度降低至425℃以下可避免敏化发生。 4.15 敏化 易发生的装置或设备 a) 催化裂化装置的奥氏体不锈钢制设备; b) 煤气化装置的变换气管道; c) 乙烯裂解装置裂解和急冷系统中操作温度在400℃以上的裂解炉对流段奥氏体不锈钢制过热蒸汽炉管和液态裂解原料炉管; d) 其他现场采用焊接方法进行安装的奥氏体不锈钢制设备和管道; e) 未经固溶热处理的奥氏体不锈钢材料制造的设备和管道。 4.15 敏化 主要预防措施 a) 选用含碳量低的奥氏体不锈钢可以彻底避免敏化的发生,如超低碳奥氏体不锈钢系列; b) 添加一定的合金元素,如Ti、Nb等形成稳定碳化物; c) 固溶热处理一般只应用于工厂在制的设备和管道,不推荐在施工现场进行; d) 调整钢中奥氏体形成元素与铁素体形成元素的比例,使其具有奥氏体+铁素体双相组织,这种双相组织不易产生晶界敏化。 4.15 敏化 检测/监测方法 a) 目视检测一般难于分辩未发生明显腐蚀的敏化区域; b) 金相分析或扫描电镜观察; d) 渗透检测。 相关或伴随的其它损伤模式 无。 材质劣化 报告内容 1 引言 2 腐蚀减薄 3 环境开裂 4 材质劣化 5 机械损伤 6 其它损伤 承压设备损伤模式识别 五、机械损伤 5.1 机械疲劳 5.2 热疲劳 5.3 振动疲劳 5.4 接触疲劳 5.5 机械磨损 5.6 冲刷 5.7 汽蚀 5.8 过载 5.9 热冲击 5.10 蠕变 5.11 应变时效 5.1 机械疲劳 损伤描述及损伤机理 在循环机械载荷作用下,材料、零件或构件在一处或几处产生局部永久性累积损伤而产生裂纹的过程。经一定循环次数后,裂纹不断扩展,可能导致突然完全断裂。 损伤可分为三个阶段: a) 微观起裂:在循环机械载荷作用下,材料内部的不连续或不均匀处,以及表面或近表面区易形成高应力,在驻留滑移带、晶界和夹杂部位形成严重应力集中点引发微观起裂; b) 宏观裂纹扩展:微观裂纹在应力作用下进一步扩张,发展成为宏观裂纹,宏观裂纹基本与主应力方向相垂直; c) 瞬时断裂:宏观裂纹扩大到使构件残存截面不足以承受外载荷时,就会在某一次循环载荷作用下突然断裂。 5.1 机械疲劳 损伤形态 a) 对应3个阶段,在宏观断口上一般可分别观察到疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区3个特征区。疲劳源区通常面积较小,色泽光亮,由两个断裂面对磨造成;疲劳裂纹扩展区通常比较平整,间隙加载、应力较大改变或裂纹扩展受阻等过程,多会在裂纹扩展前沿形成的相继连续的休止线或海滩花样;瞬断区则具有静载断口的形貌,表面呈现出较粗糙的颗粒状; b) 在扫描和透射电子显微镜下可观察到机械疲劳断口的微观特征,典型特征为扩展区中每一应力循环所遗留的疲劳辉纹。 敏感材料 所有金属材料。 5.1 机械疲劳 主要影响因素 a) 几何形状:机械疲劳损伤通常起始于周期载荷下几何形状不连续处的表面,构件设计时几何形状的选择具有较大的影响,易致机械疲劳的常见几何形状不连续处有槽口、开孔、未修磨的焊接接头、缺陷、错边、腐蚀坑等; b) 冶金和显微结构:材料内部存在冶金和显微结构的不连续,典型情况有金属夹杂物、锻造缺陷、修磨后的焊接接头、工卡具划痕、机械磨损划痕和机械加工刀痕等位置,易产生机械疲劳损伤; c) 应力:碳钢、低合金钢和钛材在应力极限以下服役不会发生疲劳开裂;奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、铝和多数其它非铁基合金没有应力极限,不管应力振幅的大小,在循环机械载荷作用下均可发生疲劳损伤; d) 热处理:热处理可改善冶金和显微结构不连续,降低机械疲劳损伤的敏感性; e) 循环次数:循环次数越大,疲劳损伤致失效可能性越高。 5.1 机械疲劳 易发生的装置或设备 a) 减压阀、流量调节阀附近的设备和管道; b) 辅助或连续备用但间断工作的设备,如辅助锅炉; c) 水洗涤系统:温度周期性变化的设备,如急冷喷嘴; d) 离心泵和压缩机:转轴、出口和入口管道、缓冲管的接管和焊接接头; e) 其他可能引起共振的设备和管道。 5.1 机械疲劳 主要预防措施 a) 优化设计:避免结构不连续,并最大限度减少应力集中; b) 选材:设计选材时考虑循环机械载荷的作用,并给定设计疲劳寿命; c) 表面粗糙度:降低表面粗糙度,避免工卡具划痕或刀痕成为疲劳源; d) 冶金和显微结构:采用合理的热处理工艺和焊接工艺等减少材料内部冶金和显微结构不连续,并减少焊接等过程产生的缺陷成为起裂源; e) 钢印:使用低硬度钢印或采用其他不打钢印的标记方式。 3.12连多硫酸应力腐蚀开裂 主要影响因素 a) 环境:金属部件在硫化物环境中表面形成硫化物,硫化物与空气和水反应生成连多硫酸; b) 材料:材料处于敏化状态; c) 应力:残余应力或载荷引起的应力较高,可促进开裂。 3.12连多硫酸应力腐蚀开裂 易发生的装置或设备 a) 加氢装置、催化装置、焦化装置、蒸馏装置等奥氏体不锈钢制设备和管道; b) 反应器、换热器、炉管、工业管线、膨胀节等奥氏体不锈钢制部件或构件。 3.12连多硫酸应力腐蚀开裂 主要预防措施 a) 停工过程中或停工后立即用碱液或苏打灰溶液冲洗设备,以中和连多硫酸,或在停工期间用干燥的氮气,或者氮气和氨混合气进行保护,以防止接触空气; b) 加热炉保持燃烧室温度始终在露点温度以上,防止在加热炉管表面形成连多硫酸; c) 选用不易敏化的材质,如稳定化奥氏体不锈钢、低碳奥氏体不锈钢或双相不锈钢。 3.12连多硫酸应力腐蚀开裂 检测/监测方法 渗透检测、金相检测。 相关或伴随的其它损伤模式 敏化。 环境开裂 报告内容 1 引言 2 腐蚀减薄 3 环境开裂 4 材质劣化 5 机械损伤 6 其它损伤 承压设备损伤模式识别 四、材质劣化 4.1 晶粒长大 4.2 渗氮* 4.3 球化 4.4 石墨化 4.5 渗碳 4.6 脱碳 4.7 金属粉化* 4.8 σ相脆化 4.9 475℃脆化 4.10 回火脆化 4.11 辐照脆化* 4.12 钛氢化* 4.13 再热裂纹 4.14 脱金属腐蚀 4.15 敏化 4.3 球化 损伤描述及损伤机理 材料在高温长期使用过程中,珠光体中渗碳体(碳化物)形态由最初的层片状逐渐转变成球状的过程。钢材加热到一定温度时,珠光体中的片状渗碳体获得足够的能量后局部溶解,断开为若干细的点状渗碳体,弥散分布在奥氏体基体上,同时由于加热温度低和渗碳体不完全溶解,造成奥氏体成分极不均匀。以原有的细碳化物质点或奥氏体富碳区产生的新碳化物为核心,形成均匀而细小的颗粒状碳化物,这些碳化物在缓冷过程中或等温过程中聚集长大,并向能量最低的状态转化,形成球状渗碳体。 损伤形态 a) 球化一般目视检测不可见或不明显,主要通过金相分析判断; b) 碳钢中片状碳化物相聚,形成较大的球状碳化物;低合金钢中弥散的细小碳化物相聚,形成较大的球状碳化物。 敏感材料 碳钢、钼钢、铬钼钢。 4.3 球化 主要影响因素 a) 温度:温度升高,球化加速,如454℃时球化需数年,552℃时发生球化仅需几小时; b) 微观组织:退火钢的抗球化性能比正火钢强,粗晶粒钢的抗球化性能比细晶粒钢强,硅镇静钢的抗球化性能比铝镇静钢强。 4.3 球化 易发生的装置或设备 a) 催化裂化装置、催化重整装置和焦化装置中的高温管道和设备,锅炉或加热炉炉管; b) 其他服役温度高于454℃的所有碳钢、低合金钢制管道和装备。 4.3 球化 主要预防措施 a) 减少在高温环境中的暴露时间; b) 降低金属壁温; c) 使用耐球化损伤的金属材料。 4.3 球化 检测/监测方法 a) 金相检测; b) 力学性能测试,主要测试抗拉强度; c) 硬度测定。 相关或伴随的其它损伤模式 石墨化。 材质劣化 4.4 石墨化 损伤描述及损伤机理 长期暴露在427~596℃温度范围内的金属材料,其珠光体颗粒分解成铁素体颗粒和石墨的过程。 损伤形态 a) 石墨化损伤宏观观察不易发现,仅可通过金相检测判定; b) 石墨化损伤的末阶段与蠕变强度降低有关,包括微裂纹/微孔洞形成、表面及近表面开裂; c) 金相分析可观察到随机分布、链状分布或局部平面分布的石墨球。 敏感材料 碳钢、钼钢。 4.4 石墨化 主要影响因素 a) 温度:温度低于427℃时,石墨化速率极慢;温度越高,石墨化速率越快; b) 应力:局部屈服和显著塑性变形的区域,易发生石墨化; c) 材质:低合金钢的Mo含量≥1%(质量比)时易发生石墨化,添加0.7%(质量比)的Cr元素可防止石墨化; d) 暴露时间:石墨化程度可分为无、轻微、中等和严重四类。石墨化速率很难预测,工程使用经验:温度高于538℃时热影响区严重石墨化仅需5年,而454℃时轻微石墨化需要30~40年; 4.4 石墨化 易发生的装置或设备 a) 催化裂化装置:热壁管道、反应器及直立废热锅炉底端管板密封焊; b) 粗珠光体钢制设备或管道石墨化倾向较大,而贝氏体钢钢制设备或管道石墨化倾向较小; c) 催化重整装置:低合金钢制造的反应器及中间加热器; d) 延迟焦化装置;热壁管道、焦炭塔、焦化炉管。 e) 乙烯裂解装置:裂解炉管; f) 服役温度在441℃至552℃之间的省煤器管件、蒸汽管道及其它设备。 4.4 石墨化 主要预防措施 材料中添加Cr元素,可防止石墨化。 4.4 石墨化 检测/监测方法 a) 石墨化损伤早期主要对全厚度样品进行金相检测; b) 石墨化损伤后期产生的表面开口裂纹,可进行磁粉检测;而产生的蠕变可进行金相检测。 相关或伴随的其它损伤模式 球化、蠕变。 材质劣化 4.5 渗碳 损伤描述及损伤机理 高温下金属材料与碳含量丰富的材料或渗碳环境接触时,碳元素向金属材料内部扩散,产生金属碳化物,导致材料脆化的过程。 3Fe+C→Fe3C 损伤形态 a) 材料表面形成具有一定深度的渗碳层; b) 材料表面硬度增加,延性降低; c) 渗碳部位构件壁厚或体积可能增加; d) 渗碳后合金的铁磁性可能增加。 敏感材料 碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、铸态不锈钢、高含铁镍基合金、铁铬镍耐热铸造合金。 4.5 渗碳 主要影响因素 a) 发生渗碳须同时满足三个条件:暴露于渗碳环境或与含碳材料接触、足够高的温度使碳在金属内部可以扩散(通常大于593℃)、对渗碳敏感的材料; b) 温度:温度越高,渗碳发展越快; c) 深度:初始阶段碳扩散速率大,渗碳层发展速度快,但随着渗碳层向壁厚的深度方向移动,渗碳层发展速度减缓,并逐渐趋于停止; c) 材质:提高Cr、Ni元素含量,可增加渗碳层发展阻力; d) 环境:高碳活性气相(如含烃、焦炭、CO、CO2、甲烷或乙烷的气体)和低氧分压(微量O2或蒸汽)有利于渗碳损伤的发展。 4.5 渗碳 易发生的装置或设备 a) 所有火焰加热炉炉管,尤其是催化重整装置加热炉炉管、延迟焦化装置加热炉炉管、乙烯裂解炉炉管、蒸汽转化炉炉管; b) 其它采用蒸汽/空气除焦的加热设备。 4.5 渗碳 主要预防措施 a) 选择抗渗碳合金,如可形成表面稳定氧化膜或硫化膜的合金; b) 降低温度,或提高氧/硫分压,以降低碳活性。 4.5 渗碳 检测/监测方法 a) 初始渗碳阶段,可进行表面硬度测试、金相分析、涡流检测,条件允许时可进行破坏性取样分析; b) 对于磁性合金,可检测导磁率的变化程度,但存在表面氧化物时可能干扰检测结果; c) 渗碳终了阶段会产生开裂,可采用射线检测、超声波横波检测、涡流检测等技术检测有无裂纹。 相关或伴随的其它损伤模式 金属粉化。 材质劣化 4.6 脱碳 损伤描述及损伤机理 热态下介质与金属中的碳发生反应,使合金表面失去碳,导致材料碳含量降低,材料的强度下降。 损伤形态 a) 脱碳一般仅发生在金属表面,极端情况下可能发生穿透脱碳,脱碳后的合金出现软化现象; b) 脱碳层没有碳化物相,碳钢在完全脱碳后可变为纯铁. 敏感材料 碳钢、低合金钢。 4.6 脱碳 主要影响因素 a) 介质活性:气相介质碳含量越低,钢材脱碳可能性越大; b) 温度和时间:温度越高,暴露时间越长,脱碳越严重。 4.6 脱碳 易发生的装置或设备 a) 加氢装置、催化重整装置中在高温临氢环境下服役的设备和管道; b) 热加工成型的设备和管道部件。 4.6 脱碳 主要预防措施 a) 控制气相介质的组成,尤其是化学成分; b) 选择碳化物较稳定的铬钼合金钢。 4.6 脱碳 检测/监测方法 a) 金相分析; b) 硬度测试; c) 取样进行力学性能试验。 相关或伴随的其它损伤模式 高温氢腐蚀。 材质劣化 4.8 σ相脆化 损伤描述及损伤机理 奥氏体不锈钢和其它Cr含量超过17%(质量比)的不锈钢材料,长期暴露于538~816℃温度范围内时,析出σ相(金属间化合物)而导致材料变脆的过程。 不锈钢在高温下析出硬而脆的金属间化合物。 损伤形态 a) σ相脆化一般不明显,直至发生开裂,开裂多出现在焊接接头或高应力区域; b) 铸态奥氏体不锈钢中可含大量铁素体相/σ相(σ相质量比高达40%),高温下其延展性很差。 敏感材料 a) 奥氏体不锈钢的锻件、焊件及铸件; b) Cr含量超过17%(质量比)的铁素体不锈钢和马氏体不锈钢; c) 双相不锈钢。 4.8 σ相脆化 主要影响因素 a) 时间:对产生σ相敏感的合金,须在高温环境中暴露足够长的时间,才会发生σ相脆化; b) 温度:铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢及双相不锈钢长期暴露在538~954℃时可产生σ相,当温度降低到韧脆转变温度时易发生脆断; c) 材质:奥氏体不锈钢和双向不锈钢焊接熔敷金属的铁素体中,σ相形成速度最快;奥氏体不锈钢的基体金属(奥氏体)中,σ相也能形成,但形成速度通常较慢,σ相能达到10%~15%;而铸态奥氏体不锈钢能产生更多的σ相;使用经验:奥氏体不锈钢在690℃进行焊后热处理时,几小时内便可产生σ相。 4.8 σ相脆化 易发生的装置或设备 a) 催化裂化装置:再生器的不锈钢旋风分离器、不锈钢管道系统及不锈钢阀门; b) 奥氏体不锈钢堆焊层、不锈钢制换热器的管子——管板焊接部位: c) 不锈钢加热炉炉管,如乙烯裂解装置的裂解炉辐射段炉管。 4.8 σ相脆化 主要预防措施 a) 添加合金元素,或避免材料在σ相脆化温度范围内服役; b) 含σ相材料在室温下断裂韧性不足时,在停车操作时应先降低操作压力; c) 1066℃下固溶热处理4小时,奥氏体不锈钢的σ相溶解,然后快速水冷形成单一奥氏体相可消除σ相,但对大多数奥氏体不锈钢制设备来说无法实现此热处理; d) 06Cr18Ni11Nb不锈钢中铁素体含量应控制在5%~9%(质量比)之间,06Cr19Ni10中铁素体含量较06Cr18Ni11Nb不锈钢略少,且焊接金属的铁素体含量应进行限制; e) 采用不锈钢堆焊的铬钼合金钢制部件,应限定升温到焊后热处理温度的加热时间。 4.8 σ相脆化 检测/监测方法 a) σ相脆化不易发现,可进行金相分析,或从服役设备上取样进行力学性能测试,检测材质的劣化程度; b) 采用渗透检测,检查表面是否存在宏观裂纹; c) 催化裂化重整反应器07Cr19Ni10材质内构件中含有10%σ相,取样在649℃时进行夏比冲击试验,冲击功为53J;对含10%σ相的不锈钢进行试验,材料延展性在室温时可达0,649℃可达100%,故高温下含σ相材料的不锈钢锻件即使其冲击韧性降低严重,但由于延性仍良好,锻件可在操作温度下继续使用。 相关或伴随的其它损伤模式 无。 材质劣化 4.9 475℃脆化 损伤描述及损伤机理 含铁素体相的合金暴露于316~540℃温度范围时,脆性金属间化合物析出,并逐渐累积,导致材料产生脆化,尤其在475℃附近时脆化最为敏感。 损伤形态 a) 金相组织变化不明显,金相分析不易识别; b) 材料硬度增加,韧性降低。 敏感材料 奥氏体不锈钢铸件或锻件、铁素体不锈钢、双相不锈钢。 2.24酸性水腐蚀(酸性酸性水) 易发生的装置或设备 催化裂化装置和焦化装置的气体分离系统塔顶H2S含量高、NH3含量低的部位; 乙烯裂解装置裂解与急冷系统的急冷部分:急冷水塔顶裂解气至压缩部分的裂解气压缩机入口流程,包括急冷水塔顶及相连管道;汽油分馏塔塔顶裂解气至急冷水塔进料流程,包括汽油分馏塔塔顶、急冷水塔进料(未注氨); 乙烯裂解装置压缩系统:裂解气自急冷水塔顶至裂解气压缩机1~4段流程,包括1~4段间分离罐顶部、换热器壳程、碱洗塔进料及相连管道;裂解气压缩机1~4段分离罐底部冷凝的裂解汽油至汽油汽提塔流程,包括1~4段间分离罐底部、汽油汽提塔进料及相连管道;裂解气压缩机1~4段分离罐底部冷凝的冷凝水至急冷水塔流程,包括1~4段间分离罐底部、急冷水塔进料及相连管道;汽油汽提塔顶轻烃返回压缩机入口流程,包括汽油汽提塔顶及相连管道;汽油汽提塔釜裂解汽油部分回流,部分送出界区流程,包括汽油汽提塔釜、换热器管程或壳程及相连管道。 2.24酸性水腐蚀(酸性酸性水) 主要预防措施 奥氏体不锈钢可用于温度低于60℃,且无氯化物应力腐蚀的环境; 铜合金和镍基合金一般不易发生酸性水腐蚀。当存在氨时,铜合金会发生腐蚀。 2.24酸性水腐蚀(酸性酸性水) 检测/监测方法 壁厚测定:碳钢腐蚀一般为均匀减薄,在高流速或湍流区域会发生局部腐蚀,尤其在水汽凝结的部位,可采用超声波检测或射线扫描确定局部减薄状况; 工艺和腐蚀监测:酸性水应定期进行pH值监测; 探针或挂片:设置探针或挂片,监测腐蚀速率。 相关或伴随的其它损伤模式 湿硫化氢破坏、碳酸盐应力腐蚀开裂。 腐蚀减薄 报告内容 1 引言 2 腐蚀减薄 3 环境开裂 4 材质劣化 5 机械损伤 6 其它损伤 承压设备损伤模式识别 三、环境开裂 3.1 氯化物应力腐蚀开裂 3.2 碳酸盐应力腐蚀开裂 3.3 硝酸盐应力腐蚀开裂 3.4 碱应力腐蚀开裂 3.5 氨应力腐蚀开裂 3.6 胺应力腐蚀开裂 3.7 湿硫化氢破坏 3.8 氢氟酸致氢应力开裂* 3.9 氢氰酸致氢应力开裂* 3.10 氢脆 3.11 高温水应力腐蚀开裂 3.12 连多硫酸应力腐蚀开裂 3.13 液体金属脆断* 3.1氯化物应力腐蚀开裂 损伤描述及损伤机理 奥氏体不锈钢及镍基合金在拉应力和氯化物溶液的作用下,氯离子易吸附在金属表面的钝化膜上,取代氧原子后和钝化膜中的阳离子结合形成可溶性氯化物,导致钝化膜破坏。破坏部位的新鲜金属遭腐蚀形成一个小坑,小坑表面的钝化膜继续遭氯离子破坏生成氯化物。在坑里氯化物水解,使小坑内pH值下降,局部溶液呈酸性,对金属进行腐蚀,造成多余的金属离子,为平衡蚀坑内的电中性,外部的氯离子不断向坑内迁移,使坑内氯离子浓度升高,水解加剧,加快金属的腐蚀。如此循环,形成自催化,向蚀坑的深度方向发展,形成深蚀孔,直至形成穿孔泄漏。 损伤形态 a) 材料表面发生开裂,无明显的腐蚀减薄; b) 裂纹的微观特征多呈树枝状,金相观察可观察到明显的穿晶特征。但对于敏化态的奥氏体不锈钢,亦可能沿晶开裂的特征更加明显; c) 垢下易发生水解和氯离子浓缩,有时可在垢下观察到此开裂。 敏感材料 a) 奥氏体不锈钢属敏感材料; b) 铁素体不锈钢和镍基合金的耐氯化物开裂能力强于奥氏体不锈钢。 3.1氯化物应力腐蚀开裂 主要影响因素 温度:随着温度的升高,氯化物应力腐蚀裂纹产生倾向增加。裂纹常见于金属温度60℃或更高的场合; 浓度:随着氯化物浓度的升高,氯化物应力腐蚀倾向增加。但在很多场合氯化物具有自动浓缩聚集的可能,所以介质中氯化物含量即使很低也未必一定不发生应力腐蚀; 伴热或蒸发条件:如果存在伴热或蒸发条件将可能导致氯化物局部浓缩聚集,显著增加氯化物应力腐蚀裂纹增加的倾向性。处于干——湿、水——汽交替的环境具有类似的倾向性; pH值:在碱性溶液中,应力腐蚀裂纹倾向较低。 应力:对于加压冷作制成的金属构件,具有较高的残余应力,开裂敏感性大,比如冷冲压制成的奥氏体不锈钢封头。对于因载荷或结构等造成的局部高应力同样可能导致开裂敏感性高; 镍含量:镍含量在8%~12%(质量比)间的材料易产生氯化物应力腐蚀裂纹,材料镍含量大于35%(质量比)时具有较高的抗氯化物应力腐蚀能力,材料镍含量大于45%(质量比)时,基本上不会产生氯化物应力腐蚀裂纹; 材质或组织:铁素体不锈钢比奥氏体不锈钢具有更高的抗氯化物应力腐蚀能力,碳钢、低合金钢对氯化物应力腐蚀开裂不敏感。 3.1氯化物应力腐蚀开裂 易发生的装置或设备 a) 所有由奥氏体不锈钢制成的管道及设备都对氯化物应力腐蚀敏感; b) 水冷器和冷凝器; c) 加氢反应后物料运储的管道和设备,如果在停车后没有针对性清洗,氯化物应力腐蚀开裂的敏感性升高; d) 保温棉等绝热材料被水或其他液体浸泡后,可能会在材料外表面发生层下氯化物应力腐蚀开裂; e) 聚丙烯(聚乙烯)装置:催化剂中含有氯化物,如三氯化钛,在聚丙烯的合成工艺中,在与水蒸气或水接触的奥氏体不锈钢制设备和管线; f) 氯化物应力腐蚀开裂也可发生在锅炉的排水管中。 3.1氯化物应力腐蚀开裂 主要预防措施 选材:使用具有抗氯化物应力腐蚀裂纹能力的材料; 水质:当用水进行压力试验时,应使用含氯量低的水,结束后应及时彻底烘干; 涂层:材料表面敷涂涂层,避免材料直接接触介质流体; 结构设计:结构设计时尽量避免可能导致氯化物集中或沉积,尤其是应避免介质流动死角或低流速区; 消除应力:对奥氏体不锈钢制作的工件宜进行固溶处理,对稳定化奥氏体不锈钢可进行稳定化处理以消除残余应力。若只进行消除应力热处理,应同时考虑该热处理可能带来的敏化和变形、热疲劳开裂等因素。 表面要求:降低材料表面粗糙度,防止机械划痕、碰伤和麻点坑等,减少氯化物积聚的可能性,降低开裂敏感性。 3.1氯化物应力腐蚀开裂 检测/监测方法 a) 检测方法一般为材料表面宏观检查和怀疑部位渗透检测; b) 管道、换热器管束和设备表面的检测可采用涡流检测法; c) 极细微裂纹主要采用金相检测。 相关或伴随的其它损伤模式 碱应力腐蚀开裂、连多硫酸应力腐蚀开裂。 环境开裂 3.2碳酸盐应力腐蚀开裂 损伤描述及损伤机理 在碳酸盐溶液和拉应力共同作用下,碳钢和低合金钢焊接接头附近发生的表面开裂,是碱应力腐蚀开裂的另一种特殊情况。 损伤形态 碳酸盐应力腐蚀开裂常见于焊接接头附近的母材,裂纹平行于焊缝扩展,有时也发生在焊缝金属和热影响区; 易在焊接接头的缺陷位置形成开裂,裂纹细小并呈蜘蛛网状; 裂纹主要为沿晶型,裂纹内一般会充满氧化物。 敏感材料 碳钢、低合金钢。 3.2碳酸盐应力腐蚀开裂 主要影响因素 应力水平:在残余应力并非很高的部位,如未进行焊后消应力热处理的焊接接头、冷加工变形区域发生开裂; pH值和碳酸盐浓度:随pH和碳酸盐浓度的增加,开裂敏感性增加。典型开裂组合阈值有pH9.0且CO32-100ppm,或8pH9.0且CO32-400ppm; 如果物料含氰化物时,开裂敏感性增加; 气体净化装置中二氧化碳浓度超过2%(质量比)时,温度高于93℃时才会发生开裂; 物料含水,硫化氢浓度不低于50ppm,且pH不低于7.6时,设备和管线碳酸盐应力腐蚀开裂 易发生的装置或设备 a) 催化裂化装置主分馏塔塔顶冷凝系统和回流系统,及下游的湿气压缩系统,和这些工段排出的酸性水管线、设备; b) 制氢装置的碳酸钾、钾碱和二氧化碳脱除系统的设备、管线; c) 乙烯裂解装置:压缩系统的碱洗塔釜及塔釜碱液循环管道、塔釜废碱排出管道。 3.2碳酸盐应力腐蚀开裂 主要预防措施 对焊接接头(包括修补焊接接头和内、外部构件焊接接头)进行焊后消除应力热处理; 敷设涂层,或选用奥氏体不锈钢、复合材料、镍基合金、其它耐蚀合金代替碳钢; 热碳酸盐系统中在热处理或蒸汽吹扫前,应采用水冲洗未进行焊后热处理的管线和设备; 在制氢装置二氧化碳脱除单元的热碳酸盐系统,可以使用偏矾酸盐来防止开裂,但须注意缓蚀剂的剂量和氧化情况。 3.2碳酸盐应力腐蚀开裂 检测/监测方法 a) 工艺的微小变化可能导致偶然性的快速开裂,对开裂本身进行监测并不可行,通常只定期检测催化裂化装置酸性水中的pH值和CO32-浓度以确定开裂的敏感性; b) 目视检测、磁粉检测、漏磁检测,不宜采用渗透检测; c) 超声波横波检测除可以检测是否存在裂纹,还可对裂纹自身高度进行测定; d) 声发射检测可以用于监测裂纹活性,确定裂纹是否处于扩展状态。 相关或伴随的其它损伤模式 碱应力腐蚀开裂、胺应力腐蚀开裂。 环境开裂 3.4碱应力腐蚀开裂 损伤描述及损伤机理 暴露于碱溶液中的设备和管道表面发生的应力腐蚀开裂,多数情况下出现在未经消除应力热处理的焊缝附近,它可在几小时或几天内穿透整个设备或管线壁厚。 碳钢在高温下与水蒸气产生如下的化学反应: 3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2 在这个反应中,氢氧化钠起着催化作用,反应生成的Fe3O4覆盖在钢的表面,形成一层保护膜,由于过高的局部拉伸应力会使保护膜遭到破坏,在金属表面形成最初的腐蚀裂纹,氢氧化钠富集在裂纹中,形成电化学腐蚀。裂纹的尖端区域成为阳极,而裂纹周围的保护层成为阴极,形成小阳极大阴极的结构,再加上拉伸应力的作用,使裂纹迅速扩展,最终导致断裂。 损伤形态 a) 碱应力腐蚀开裂通常发生在靠近焊缝的母材上,也可能发生在焊缝和热影响区; b) 碱应力腐蚀开裂形成的裂纹一般呈蜘蛛网状的小裂纹,开裂常常起始于引起局部应力集中的焊接缺陷处; c) 碳钢和低合金钢上的裂纹主要是沿晶型的,裂纹细小并组成网状,内部常充满氧化物; d) 奥氏体不锈钢的开裂主要是穿晶型的,和氯化物开裂裂纹形貌相似,难以区分。 敏感材料 碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、镍基合金。 3.4碱应力腐蚀开裂 主要影响因素 浓度:碱浓度超过5%(质量比)时开裂可能发生,随着碱浓度的增加开裂敏感性增加。存在浓缩条件时(如:干湿交替、局部加热或高温吹汽等),50~100ppm的碱浓度就足以引起开裂; 温度:一般发生在46℃以上,温度上升开裂敏感性增加; 残余应力:焊接或冷加工(如弯曲和成型)导致的残余应力为开裂提供了应力条件,通常认为应力要达到屈服应力开裂才会发生; 伴热:工厂经验表明,有伴热的管线碱应力腐蚀开裂 易发生的装置或设备 a) 碱处理的设备和管线S和脱硫醇装置,硫酸烷基化和氢氟酸烷基化装置中使用的碱中和设备; b) 伴热设置不合理的设备及管线; c) 经蒸汽清洗的碱处理设备; d) 锅炉; e) 乙烯裂解装置裂解与急冷系统:急冷水塔釜急冷水回流流程,包括急冷水塔釜及相连管道;工艺水汽提塔塔釜工艺水部分回流、部分去稀释蒸汽发生系统流程,包括工艺水汽提塔釜、蒸汽发生器底部、凝液分离罐底部、换热器管壳程及流程相连管道。 3.4碱应力腐蚀开裂 主要预防措施 a) 合理选材; b) 焊后热处理; c) 对未焊后热处理过的碳钢管线和设备在蒸汽吹扫前应水洗,避免直接进行蒸汽吹扫,或只使用低压蒸汽进行短时间吹扫,缩短暴露时间; d) 优化设计和注入操作来使碱在进入高温原油预热系统前能够与原油充分混合。 3.4碱应力腐蚀开裂 检测/监测方法 a) 目视检测、磁粉检测、射线检测、涡流检测或漏磁检测等技术来检测裂纹,检查前应对检测表面进行清理; b) 通常裂纹中充满垢物,不宜采用渗透检测; c) 裂纹自身高度可以采用超声波端点衍射技术等方法进行测量; d) 声发射检测可以用于监测裂纹是否在扩展。 相关或伴随的其它损伤模式 胺应力腐蚀开裂、碳酸盐应力腐蚀开裂。 环境开裂 3.6胺应力腐蚀开裂 损伤描述及损伤机理 钢铁在拉伸应力和碱性有机胺溶液联合作用下发生的应力腐蚀开裂,是碱应力腐蚀开裂的一种特殊形式。 损伤形态 a) 多发生在设备和管线接触介质部位的焊接接头热影响区,在焊缝和靠近热影响区的母材高应力区也可能发生; b) 热影响区发生的开裂通常平行于焊缝,在焊缝上发生的开裂既可能平行于焊缝,也可能垂直于焊缝; c) 表面裂纹的形貌和湿硫化氢破坏引发的表面开裂相似; d) 胺应力腐蚀裂纹一般为沿晶型,在一些分支中充满了氧化物。 敏感材料 碳钢、低合金钢。 3.7湿硫化氢破坏 损伤描述及损伤机理 在含水和硫化氢环境中碳钢和低合金钢所发生的损伤过程,包括氢鼓泡、氢致开裂、应力导向氢致开裂和硫化物应力腐蚀开裂四种形式。 a) 氢鼓泡:金属表面硫化物腐蚀产生的氢原子扩散进入钢中,并在钢中的不连续处(如夹杂物、裂隙等)聚集并结合生成氢分子,造成氢分压升高并引起局部受压,发生变形而形成鼓泡; b) 氢致开裂:氢鼓泡在材料内部不同深度形成时,相临的鼓泡会连接在一起,形成台阶状裂纹为氢致开裂; c) 应力导向氢致开裂:在焊接残余应力或其他应力作用下,氢致开裂沿厚度方向不断连通并形成最终暴露于表面的开裂; d) 硫化物应力腐蚀开裂:由于金属表面硫化物腐蚀过程中产生的原子氢吸附造成的一种氢应力开裂。 损伤形态 a) 氢鼓泡:在钢材表面形成独立的小泡,小泡与小泡之间一般不会发生合并; b) 氢致开裂:在钢材内部形成与表面平行的台阶状裂纹,裂纹一般沿轧制方向扩展,不会扩展至钢的表面; c) 应力导向氢致开裂:一般发生在焊接接头的热影响区部位,由该部位母材上不同深度的HIC沿厚度方向的连通而形成; d) 硫化物应力腐蚀开裂:在焊缝热影响区表面起裂,并沿厚度方向扩展。 敏感材料 碳钢、低合金钢。 3.7湿硫化氢破坏 主要影响因素 a) pH值:溶液的pH值小于4,且溶解有硫化氢时易发生湿硫化氢破坏。此外溶液的pH值大于7.6,且氢氰酸浓度20ppm并溶解有硫化氢时湿硫化氢破坏易发生; b) 硫化氢分压:溶液中溶解的硫化氢浓度50ppm时湿硫化氢破坏容易发生,或潮湿气体中硫化氢气相分压大于0.0003MPa时,湿硫化氢破坏容易发生,且分压越大,敏感性越高; c) 温度:氢鼓泡、氢致开裂、应力导向氢致开裂损伤发生的温度范围为室温到150℃,有时可以更高,硫化物应力腐蚀开裂通常发生在82℃以下; d) 硬度:硬度是发生硫化物应力腐蚀开裂的一个主要因素。炼油厂常用的低强度碳钢应控制焊接接头硬度在HB 200以下。氢鼓泡、氢致开裂和应力导向氢致开裂损伤与钢铁硬度无关; e) 钢材纯净度:提高钢材纯净度能够提升钢材抗氢鼓泡、氢致开裂和应力导向氢致开裂的能力; f) 焊后热处理:焊后热处理可以有效地降低焊缝发生硫化物应力腐蚀开裂的可能性,并对防止应力导向氢致开裂起到一定的减缓作用,但对氢鼓泡和氢致开裂不产生影响; g) 如果溶液中含有硫氢化铵且浓度超过2%(质量比)会

  请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。用户名:验证码:匿名?发表评论

本文链接:http://bunkeberget.com/chengyayingbian/46/