在役超高压水晶釜的金相检测.pdf

石油和化工设备
42.故障诊断
2011年第14卷
在役超高压水晶釜的金相检测
黄凯,刘献游,王莉,罗培勇,郑邦华
(四川省特种设备检验硏究院,四川成都610081)
[摘要]超高压水晶釜采用高强度材料制造,工作环境条件恶劣,极易造成安全事故。本文在介绍金相检测的基础上,探
讨了现场金相检测的制作工艺和在超高压水晶釜安全检测中的应用
关键词」金相检测測;超高压;水晶釜;应用
近年来,由于电子工业的飞速发展,作为
重要电子元件的人造水晶需求量大增,用于生产
法兰
水晶的主要设备超高压水晶釜的数量不断增加,
目前仅四川就有超过千台的在役超高压水晶釜,
压环
水晶生产企业有数十家。由于水晶釜在高温、高
密封环、
压、碱性环境下运行,一些生产企业生产管理没
?D
跟上,安全意识薄弱,水晶釜使用年限较长,安
组合卡籀
全附件等不合规范,水晶釜存在较大的安全隐
上法兰
患,近年来省内因水晶釜破坏导致的事故多有发
生
1超高压水晶釜的特点及检验方法
体
密封塞
水晶釜多为单层筒形锻造容器,釜体结构类
型如图1所示。
堵底裹
釜底有堵底和盲底两种结构,堵底结构由于
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加工较为简单被广泛采用,釜顶则采取易于装卸
的卡箍结构,密封形式采用楔形自紧密封结构,
堵底密封环
为固定密封塞,通常在釜体底部密封塞处存在内
径台
堵底压环
以目前最常见的GYF-280A型水晶釜为例,主
堦底
要参数:设计压力151MPa,工作压力137Mpa,
设计温度400℃,工作温度380℃。主体材料
图1水晶结构图
PCRNI3MoVA,壁厚110mm,长度6000mm
脆性转变温度的合金钢,屈强比约为0.90,其主要
PCRNI3MoVA为高强度且具有一定断裂韧性和
力学性能见表1。
表1 Pcrni3MoVA力学性能表
温度
屈服强度
抗拉强度
弹性模量
泊松比
延伸率
收缩率
常温
960~1100
1070~1200
2.04X10
0.3
12%~16%
50%~60%
400℃
720~800
800~875
1.775×104
0,3
材料在不同温度下力学性能如图2所示。
超高压水晶釜的特点:①内径小、壁厚大、
可以看出材料工作温度在400c以上时,力カ学筒体长、内外径之比80%a。つ直接受帝温加热。
性能下降的速度大大加快,所以一旦超温运行
作者简介:黄凯(1981-),男,2008年四川大学材料科学与
很容易材料屈服。
工程学院毕业获材料学硕士,现在四川省特种设备检验研究院从
事承压类特种设备检验工作。
第6期
黄凯等在役超高压水晶釜的金相检测
对需要进行金相检测的水晶釜的某个部位进
行取样。根据DB51/T1071-2010《超高压水晶釜
1200?
乏>
定期检验规程》,取样的原则为:(1)在硬度值
出现异常部位取样。以检査该处材质是否发生变
化。(2)在有表面缺陷处取样,比如有电弧坑
的部位,以分析材质是否发生变化,有无微观裂
纹。(3)在受热温度最高的釜体下部物料溶化区
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兵∽二
段取样,以便能分析出材质组织是否发生晶界碳
化物析岀等现象]
ロUTs
2.2金相试样的制备
OYS
现场金相的制备方法主要有试样磨制、抛
学o-~20030~40s0600
光以及侵蚀等几个步骤,最后选择观察区域,使
试验度/C
用专门的现场金相显微镜即可拍摄出金相组织照
图2材料强度随温度的变化曲线
现场金相制备时应注意以下几点:
形成超高压力,交变载荷。③材质屈强比接近
裂纹扩展速度快。④釜体底部有台阶、退刀槽,
(1)试样磨制时应保持观察面的平整,并根
容易造成应力集中。⑤介质为NaOH溶液,有应力
据情况更换砂纸粒度;
腐蚀倾向?。
(2)经过抛光后,金相观察面应具有类似镜
为保障超高压水晶釜的安全运行,根据水晶
面的效果;
釜的结构特点、使用状况及数年来发生的水晶釜
(3)腐蚀时,应控制腐蚀时间,保证所需观
事故分析,目前水晶釜定期检验的主要方法包括
察面既不要过腐蚀也不要欠腐蚀,否则对金相观
超声波探伤、磁粉探伤、金相检测、硬度检测
察会产生较大影响。
厚度检测等。
3现场金相检验在水晶釜定检中的应用
金相检测是一种无损检验技术,在不破坏被
现场金相检验是通过直接在设备上取样、磨
检验对象的前提下,能够检验水晶釜金属部件的制、腐蚀、观察等手段对材质的组织形貌、缺陷
微观组织状忞和分布情况,判断金属材料制造质形态进行分析的一种无损检测方法。在在役高压
量、设备安装质量和使用中组织性能的变化以及水晶釜无损检测中的作用是其它检测手段无法替
判断老化部件蠕变损仿。现场金相检测是金相检代的。
测的一种方法,将便携式金相设备带到工厂,可
(1)能较准确地反映材质组织的状态。可检
以快捷迅速地分析水晶釜金属失效的原因,为水验材质是否用错,是否符合材料的供货状态,是
晶釜指导监督安全检验工作,提供优质高效的技否会对水晶釜的性能带来安全隐患。
术服务。特别是在针对目前使用年限普遍较长的
水晶瓮的安全性评估起着重要作用。本文在现场
金相检测技术的基础上,探讨了现场金相检测的
制作工艺和应用实例。
2现场金相捡测技术
在高压、高温、高碱条件下,对高压水晶
釜的金相分析是一个重要项目,主要检测钢材材
料晶体的晶粒度、非金属夹杂物、硫化物、氧化
物。一般采用4%硝酸酒精进行腐蚀。低倍组织中
图3金相中有粒状贝氏体
不允许存在裂纹、白点、气孔、夹渣等缺陷,疏
松和偏析不超过2级。正常组织晶粒度一般4-6级,
如水晶釜的材质为 PCRNI3MoVA(708),组
显微组织为回火索氏体。
织为回火索氏体,热处理状态为调质。图3是2010
年在四川省某水晶厂检验时一台水晶釜采用4%硝
2.1金相取样