氯乙烯装置不锈钢仪表阀门失效分析.pdf

汲备与防腐
齐鲁石油化工,2014,42(4):308-311
QILU PETROCHEMICAL TECHNOLOGY
氯乙烯装置不锈钢仪表阀门失效分析
张国伟,荣猛,王东生
(中国石化齐鲁分公司氯碱厂,山东淄博255400)
摘要:对失效阀门螺栓从宏观形貌、化学成分、徽观组织、断口腐蚀产物及载荷估算等方面进行分析,找出螺栓失
效原因,提出改进措施及建议,改进后的阀门再未出现相同事故。
关键词:网『门不锈钢应力腐蚀螺栓材质
中图分类号:TQ320.5文献标识码:B文章编号:1009-9859(2014)04-0308-04
阀门是化工生产装置不可缺少的管件之
螺栓昰棕褐色,且具有较大的点蚀凹坑,2“螺栓呈
中国石化齐鲁分公司氯碱厂氯乙烯车间的仪表引黄褐色。
压管上的根阀使用某厂不锈钢闸阀(型号241H
64)共238只,网门内的介质主要是二氯乙烷、2阀门失效分析
氯化氢、氯乙烯液相物料,其中含水小于10mg/
为找出阀门螺栓断裂的原因,对所提供断裂
g,操作压力2.3MPa,操作温度140℃。该阀自螺栓的化学成分、显微组织、断口微观形貌及腐蚀
2004年投用,运行不到5a,就先后有6只阀门阀产物进行分析,同时对螺栓载荷进行估算。
盖的螺栓出现了不同程度的断裂,给装置的安全2.1化学成分分析
生产带来了隐患。为此,对其失效机理进行分析,
对“螺栓取样,进行化学成分分析,结果见
并加以改进,以防止类似事故再次发生。
表
对照CGB/T20878-2007《不锈钢和耐热钢牌
1损坏阀门宏观形貌
号及化学成分》标准,表1结果表明这批阀门螺
断裂螺栓宏观形貌见图1。
栓材质属于200系列铬锰不锈钢种,其C、Cr、Mn
i含量最接近的材质牌号为20Cr13Mn9Ni4(旧
牌号2Crl3Mn9Ni4),但Mn含量明显偏高,而C
含量偏低。为进一步验证以上结果,对2“螺栓最
终瞬断区的成分进行了能谱分析,见表2。可见
瞬断区断口处除C含量明显偏高外,其他合金元
素含量相当
1断裂螺栓
2断裂螺
2.2显微组织分析
为从金属学角度找出失效的原因,以2根断
图1断裂螺栓宏观形貎
裂螺栓的断口处和离断口约12mm处截取横向
试样(因螺栓直径太小,无法截取纵向试样)进行
观察断裂螺栓形貌可以发现:①2根断裂螺显微组织检验。图2和图3分别为“螺栓和2
栓的断口均发生在螺栓根部;②宏观下断口断面螺栓在光学显微镜下的显微组织
平直,垂直于螺栓轴线,具有脆性特征;③2“螺栓
收稿日期:2014-03-03;修回日期:2014-11-04
断口裂纹扩展区和最终瞬断区明显,1“螺栓所口
作者简介:张国伟(1980-),男,本科,工程师。2003年毕业
只有裂纹扩展区,而最终瞬断区不明配;④2根螺
于北京化工大学过程装备与控制工程,现在中国石化齐鲁分
公司氯碱厂从事生产装置的设备管理工作。电话:0533-
栓裂纹扩展区表面均覆盖有腐蚀或氧化产物,
7523703
第4期
张国伟,等.氯乙烯装置不锈钢仪表阀门失效分析
309
表1螺栓材质化学成分分析结果
质量分数,%
组成
C
P
Mn
Ni
Mo
螺栓
0.12
0.014
0.027
13.58
4.1
0.21
2.05
20CR13MO9 Ni4
0.15~0.250.025
0.0358.0~10.012.0-14.03.7~5.0
表22螺栓最终瞬断区成分能谱分析
质量分数,%
组成
C
Si
Mn
F
含量
3.01
0.71
14.45
l1.30
65.40
3.46
1.68
近断口处(500×)
离断口12mm处(500
图21'断裂螺栓不同部位的金相组织
近断口处(500
离断口12mm处(500x)
图32“断裂螺栓不同部位的金相组织
图2结果表明,1"断裂螺栓在近断口处的组的泥巴,并具有二次裂纹特征,在晶粒上可看到腐
织为奥氏体+沿晶分布铁素体,晶内有滑移带,且蚀坑的微观形貌。这种形态常在穿晶型应力腐蚀
存在有多条穿晶裂纹;而离断口12mm处的组织断口上发现。2“螺栓裂纹扩展区的断口微观形貌
为奥氏体。图3结果表明2断裂螺栓在近断口既呈泥块状花样,又具有明显的冰糖块状特征,
处的组织为奥氏体+李晶组织,晶内有滑移带,且次裂纹明显可见,并具有大量的腐蚀坑。断口微
存在有多条沿晶裂纹;而离断口12mm处的组织观形貌属于沿晶+穿晶混合型应力腐蚀断口。
为奥氏体+少量李晶组织,晶内有滑移带。
2.3断口腐蚀产物分析
用扫描电镜对螺栓断口进行微观形貌观察,
对1"、2“断裂螺栓断口上的腐蚀产物进行了
结果分别见图4和图5。在扫描电镜下,'“螺栓裂多点能谱分析,除材料的合金元素外,主要含有
纹扩展区的断口微观形貌呈泥状花样,形同干裂0、CL和少量的S等元素,这表明腐蚀产物主要是