锅炉汽包接管断裂失效分析.pdf

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化工机械
2004年
锅炉汽包接管断裂失效分析
安安
(江苏T.业学院)
摘要对流包上连接安全阀管路接管的断裂失效原因进行了综合分析,在排除了可能引发事故的诸
多因素之后,找出了断裂发生的根木原因是由于交全排气管路的出ロ方向在设计上是不个理的,并提
出}了改进措施。
关键词汽包接管失效分析
中图分类号TQ05.8
文献标识码B文章编号02546094(2004)04-0234-05
某厂锅炉汽包上,有个连接安全阀的接管
汽包最高工作温度250C
这个接管上的长法“在运行中突然从筑部断
断裂面距排气管出口端高度200mm
裂,致使包括安全阀、截止阅和排气管在内1t多
投用约1年,所以有必要対此业。一容器似
1概况
排气管
汽包及安全阀管路结构示意图如图1所示。
200
汽包为卧式圆筒形容器,其上方安装了一个
DN150mm的安?阀。安?阀管路的结构为:汽
截止阅
包筒体上对焊DN150mm嵌入式按管,该按管
进气管
支角铁
方与DN150mm的长颈法相对焊,法颈下部
直边段的名义尺寸为68mmX7mm。法兰的上
平台
部迕接一个两端均焊有法兰的长约250mm的管
段,管段的上方与DN150mm的截止阀相连,截
止阀的上方与DM150mm、PN10MPa,型号为
图1安全阀管路结构示意图
HFCA48Y100C的安全阀相连。安个阀的出口
为DN200mm,沿水平方j间(东)写进口成90°,2测试分析
交个的出口管路由水平方向转为垂直向上的方
从法的断裂面往上约50mm处割ド一个圆
向,然后又转90水半向北。断裂后整个管路均坏(图2)。再从断裂法ˇ的断裂面往下约30mm
被向南抛出2.5m以外。汽包的参数如下
处,割下一个圆环,该段圆环上沿轴向包括了约
汽包内的介质
饱和蒸汽
15mm长的法兰母材、焊缝利嵌入式接管的部分
交个整定乐力
4.48MP
母材(图3)。分别对这两个试样进行了宏观检
断裂法兰的材料
16Mn锻
査、化学成分分析、金相检验、硬度测定、粉揆伤
断裂部位圆筒公称尺寸68mm×7mm
以及断口分析,结果如下
魏安安,?.1957年4月4:,教授。江苏省常州市,213016
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第31卷第4期
化工机械
法兰、
兰,设计选材为16Mn鍛件,化学成分分析结果表
明实际用材与设计选材一致。
断口
法材料的硬度和金相组织均无异常。断口
上木见任何宏观缺陷。
图21号取样示意图
因此,除了法学部壁厚不均匀,最小壁厚为
斷口
imm,明显小于名义壁厚7mm外,设计、制造
法兰颈
的其它各方面均符合有关标准规范的要求。
接管
为了分析法颂部局部减薄是否是断裂的直
接原,有必要对内压作用下法兰颈部轴向成力
图32号取样示意图
进行校核。法兰断裂事件发生后,查询自动记录
汽包压力的记录仪最后一次记录的压力数值为
a.断口具有明显的筑缩现象北侧与南侧断4.09MPa。该仪器每隔0.5min记录一次。对于
口比较平齐,东西两侧断口呈45"剪切唇,南侧断介质为饱和水蒸气的汽包而言,在基本稳的
口呈外翻状。断面上未見何宏观缺陷及疲劳特作状念ド,0.5min内汽包内的蒸气压力不会变化
征。法内外表面及断口上均未见明显的腐蚀。人大,也就是说,法兰断裂时的蒸气正力应在4.09
事故发:后测得安全阀的实际丌启压力为4.17MPa附
M Pa
另外,在断裂事件发生后对其中一?安全阀
b.法颈部的机加有偏心、表现在断口处的开启床力进行了实际测试,测得实际开启力
的壁厚沿圆周方向有较大差异,最厚处为8.4为4.17MPa,与实际记录的汽包内的压力很接
mm,最溥处仪5.5mm
化学成分符合JB4726《压方谷用碳素
在内斥作用下法颈部下端截面(即断裂而
钢和低合金制锻件》中的有关要求。
部位,以下简称颈部截面)在未断裂前所承受的轴
d.材料的硬度在HB113~152之间符合向拉应力a(忽略管件重力)按GB1501998中
JB4726标准的要求
的方法计算为
e.断口表面金相组织为鉄素体+珠光体,属
2=27.4MPa《
圧常金相组纠。经电子探针分析断口上未见腐式中一法兰材料在使用温度下的抗拉强
蚀产物
度,>450MPa
f.对已经断裂的法兰残体进行磁粉探伤,未
以上计算中内压取交全实测川启压力4.17
见缺陷俭痕显示
Pa,壁厚収实测最小值5.5mm
3失效原因现场初步分析
可见,即使取较大内压值和最小壁厚的情况
为了迅速対事故原因作出分析与判断,以使下求得的法兰颈部下端截面(断裂部位)轴向立力
尽快恢复生产,首先对事枚原因进行了现场初步(?能出现的最大值)也远小于16Mn的抗拉强
分析。山于该事故发生的原因比较复杂,本文先度。在正常情况下,制造引起的法颂部局部减
采用排除法将不可能引起失效的原因排除掉,然薄不敛」造成该部位在内压作用下的断裂。
后对尚未排除的原进行验证性深入分析。
以上计算、分析说明,设计、制造方面没有发
这类事故的常见原因有:法设计或制造不现引起法兰部突然断裂的直接原?。
符个有关标准规范要求、材质有问题、材料中有缺3.2超压及超压引起断裂叮能性的分析
陷、疲芳、腐蚀、应力腐蚀、超压。下面对这些常见
汽包中的介质为饱和水蒸气,压力升高时温
失效的可能性逐一进行分析。
度必须同时上升,而温度升高是需要大量能量和
3.1法兰设计、制造方面的情况分析
时间的。所以压力只能逐步上升,不可能突然升
法兰及汽包的设计符合GB150《钢制压力容高很多。
器》的有关规定,法为PN1OMPa的标准长法
据粗略计算,该法兰颈部在内压作用下发生
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