化工设备的失效分析.doc

化工设备的失效分析1、失效的定义一件产品失去了原有的使用效能，就称为失效2、化工设备失效的后果特点1) 设备报废2) 停工、停产3) 易燃易爆介质泄漏造成爆炸和火灾造成生命和财产损失有毒气体泄漏造成人员伤亡和环境污染3、失效分析的主要目的1) 找出导致失效发生的主要原因提出具有明确针对性的技术改进措施和建议，避免失效的再次发生提升制造、使用及管理水平4、失效分析的一般程序现场调研与取样查阅设计图纸、制造资料、检验资料等，了解实际工艺条件、实际操作情况(温度、压力及稳定性)、失效现场情况，根据可能需要进行的分析项目确定取样部位及大小等(针对开裂失效)，对发生爆炸的要进行仔细的现场碎片收集工作，判断起爆点无损检测确定取样部位缺陷分布情况(磁粉、渗透(含有氯，会对断口造成污染，尽量不用)、超声等)3）理化检验-判定原材料质量及材质劣化情况化学成分分析、力学性能试验（拉伸、冲击、弯曲、硬度等）、金相分析（夹杂物、晶粒度、金相组织、裂纹金相等）、4）断口分析（断口保护）宏观断口用肉眼、放大镜、立体显微镜等对断口宏观形貌进行观察与分析，确定断口宏观特征（脆断或塑性断裂），确定启裂点（变形最小部位）微观断口一一用扫描或透射电子显微镜确定断口不同区域的微观断裂机理及特征（韧窝、准解里、解理、沿晶、疲劳、腐蚀疲劳等）5）腐蚀产物分析（主要针对可能是应力腐蚀失效的断口）分析设备器壁和断口上腐蚀产物的元素组成或物相结构，确定最有可能导致应力腐蚀的阴离子性质。

6）综合技术分析根据前面所有的试验分析结果进行综合技术分析，确定失效原因（分清主次）7）根据分析结果提出改进措施5、化工设备失效的主要原因1）设计不当（选材、结构不合理一应力集中等）2）制造质量问题（冷、热加工及检验）3）操作不当（超温、超压、频繁开停车、介质波动等）6、化工容器及管道的缺陷主要类型1）制造缺陷a、钢板原材料冶金缺陷——分层、折叠、表面裂纹等锻件内部缺陷——疏松、脱碳、过热过烧、折叠、裂纹等b、加工不当（成型、焊接、热处理等）成型——温度过高（金相组织及性能变化）、机械损伤焊接缺欠——气孔、夹渣、未熔合、未焊透、咬边、裂纹、未焊满等焊接裂纹一一冷裂纹：400C出现，主要是氢致延迟开裂（三个条件：扩散氢、拉应力、敏感的淬硬组织），强度越高越容易产生（Pcm、Ceq），一般出现在焊接热影响区的过热区、偶见于焊缝金属中，穿晶特征热裂纹：焊接过程中在高温阶段产生的开裂现象，多在固相线附近发生，主要有凝固裂纹、液化裂纹、高温失延裂纹凝固裂纹的形成原因：拉应力较大、存在较多的低熔点夹杂物等影响热裂纹的因素：冶金、工艺出现部位：焊缝金属热裂纹的特征：沿晶（柱状晶）开裂再热裂纹：焊后对焊接接头再次加热时所产生的开裂现开裂机理：晶界弱化、高温松弛应变大于蠕变塑性。

再热裂纹开裂前提：残余应力、敏感组织裂纹特征：粗晶区的沿晶开裂2)在用缺陷材质劣化——金相组织及力学性能发生改变，严重的已不能满足使用要求脆化：Cr-Mo钢的回火脆化、铁素体不锈钢的脆化、高碳奥氏体钢的高温脆化、再热脆化珠光体球化与石墨化氢腐蚀高温蠕变7、化工容器典型的破坏形式(1)爆炸事故性质及过程的判断①容器在工作压力下破裂即容器在工作压力下的应力超过了材料的屈服极限、强度极限或工作应力低于屈服极限两种情况,后者称为低应力破环② 容器超压发生破裂容器超压爆炸往往是指容器内的压力或夹套压力较多的超过工作压力而发生的物理性爆炸③ 容器内化学反应爆炸容器内化学反应爆炸是指发生不正常的化学反应,使气体体积增加或温度剧烈增高致使压力急剧升高导致的容器破裂④ 容器破裂后的二次空间爆炸容器破裂后的二次空间爆炸，是指盛装易燃介质的容器在其破裂后，器内逸出的易燃介质与空气混合后，在爆炸极限范围内又发生的第二次爆炸2)破裂型式的鉴别及其事故预防韧性破裂a破裂容器发生明显变形b断口呈暗灰色纤维状，并呈单边45度或V形剪切C容器一般不是碎裂D容器实际爆破压力接近计算爆破压力要防止压力容器发生韧性破裂事故，关键在于保证容器在任何情况下受压元件的应力要低于器壁材料的屈服极限脆性破裂a容器没有明显的伸长变形b裂口齐平、断口呈金属光泽的结晶状c容器常破裂成碎块d破坏时的实际应力较低6破坏多数在温度较低的情况下发生从大量的压力容器脆性破裂事故的分析可以看出，造成脆断的主要因素是材料的韧性低。

容器物件中焊缝残余应力和工作应力的叠加，使实际应力超过材料的屈服极限；按断裂力学观点，在较大残余应力条件下，裂纹附近的应力强度因子大于材料的断裂韧性时，将导致容器的脆性破裂因此，容器制造过程中，如冷加工变形、组装过程中，尤其是焊接中应尽力减少残余应力和消除残余应力的热处理，都是防止脆性断裂的重要措施这里要说明的是，必须加强对容器制造过程中的检验，应按规定的探伤标准进行，探伤过程中应有足够的灵敏度，以发现和消除裂纹缺陷，防止先天不足；容器投产后，要加强定期检验工作，及时发现裂纹防止裂纹扩展后的脆性断裂疲劳破裂是在反复的交变载荷的作用下出现的金属疲劳破坏一类是通常所说的疲劳，它是在应力较低，交变颜率较高的情况下发生的；另一类是低周疲劳，它是在应力较高（一般接近或高于材料的屈服极限）而应力交变频率较低（如102〜105次之间）的情况下发生容器疲劳破裂的特征有：a没有明显的塑性变形b破裂断口存在两个区域c容器常因开裂泄漏失效d疲劳裂纹的产生比脆性断裂要慢的多腐蚀破裂：压力容器腐蚀破裂形式有均匀腐蚀和点腐蚀、应力腐蚀和疲劳腐蚀等其中最危险的是应力腐蚀破裂应力腐蚀的破裂是由于腐蚀介质和拉伸应力及其造成应力腐蚀环境，导致应力腐蚀裂纹及其扩展破裂。

应力腐蚀裂纹可以是沿晶界分布的，也可是穿晶分布的，或兼有沿晶界开裂，穿晶开裂两种特征的混合型裂纹应力腐蚀破裂的容器应力往往低于材料强度极限下发生应力腐蚀的断裂面一般是与主应力相垂直常见的应力腐蚀形式及其特征有：a钢制容器的氢脆b钢制容器的碱脆c氯离子引起的奥氏体不绣钢制容器的应力腐蚀断裂d疲劳腐蚀① 蠕变破裂在高温下工作的压力容器，若金属发生蠕变，在应力的作用下，严重时导致蠕变破裂压力容器的蠕变破裂原因：错用碳钢来代替抗蠕变性能好的合金钢，某些钢材长期在高温作用下发生金相组织变化，如晶粒长大、再结晶、碳化物和氮化物以及合金组成的沉淀，钢的石墨化等；结构不合理，使容器的部分区域产生过热；操作不正常，维护不当，致使容器局部过热等8、几个案例。