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电站锅炉阀门螺栓断裂原因分析

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电站锅炉阀门螺栓断裂原因分析

发布日期:2020-07-08 作者: 点击:

电站锅炉阀门螺栓断裂原因分析




某石化公司电站锅炉,电站锅炉冷凝器下降管线的一个节流闸阀的阀盖紧固螺栓忽然发作断裂,形成少量蒸汽走漏,形成紧急复工,改换了阀门。


冷凝器的介质爲108℃低温水与200℃蒸汽混合,压力大约36kg/cm2。生效阀门型号爲JZ46W,规格DN50,2006年6月投入运用,运用周期接近四年半。阀门的阀盖等部件未发现异常,只要阀盖衔接到阀体上的紧固螺栓发作了断裂。


阀门的紧固螺栓爲六角法兰面型螺栓,4根紧固螺栓中的3根发作了断裂,1根未发作断裂。


 


1、微观反省


将4根螺栓从阀盖中取出清洗,并停止微观反省。螺栓断裂部位不是在螺纹处,而是在螺栓的端帽根部。见图2。从断裂螺栓断口外表可看出,灰暗色区域较大,比拟新颖的区域较小。灰暗色区域应该是后期开裂后的断口遭到了氧化腐蚀,比拟新颖的区域应该是这次忽然断裂的新断口[图2(a)]。螺栓的端帽局部应该是锻形成形。接近断口的端帽外缘局部存在多条分明的锻造裂纹。见图2(b)。


 


2、对螺栓断口停止微观检测剖析


将3个断裂螺栓和1个断裂端帽用超声波清洗器重复清洗洁净,应用出口的扫描电镜和能谱仪察看剖析4个断口的外表微观形貌,剖析腐蚀产物成分。从断口的微观形貌可以看出,断口大局部区域的微观形貌均爲沿晶特征,即裂纹是沿着晶界开裂的,属于典型的脆性断口。对断口灰暗色区域停止200倍电镜扫描,可以看出沿晶断口的外表掩盖了一层腐蚀产物,经成分剖析,腐蚀产物以氧化铁爲主,其中腐蚀产物中存在Cl元素和S元素。


 


对断口新颖区域停止200倍电镜扫描,断口新颖区域的很小局部的微观形貌不是沿晶特征,而是韧窝特征,韧窝是正常塑性断裂的断口特征。这阐明螺栓断裂属于延迟断裂,即首先萌发裂纹,其次裂纹扩展,忽然断裂。


从螺栓端帽外缘区域的微观形貌可以看出,螺栓锻形成形工艺不标准,锻造温度较低,螺栓端帽部位墩粗变形量较大,从而发生较多的锻造裂纹,而锻造后也未停止二次加工以去除这些裂纹。

电站锅炉



3、螺栓材质成分检测剖析


从1个断裂螺栓上取样,应用直读光谱仪和碳硫剖析仪检测剖析螺栓的材质成分。见表1。


常用于螺栓的不锈钢材质爲1Cr17Ni7和1Cr18Ni9,但是依照国标GB/T1220-1992(不锈钢的牌号和化学成分)规范,断裂螺栓的材质成分不契合1Cr17Ni7和1Cr18Ni9,而比拟接近lCrl8Mn8Ni5N。但是,依照国标lCrl8Mn8Ni5N要求,断裂螺栓的材质成分中,含C量偏高,含Cr量偏低,这就大大降低了其耐蚀功能。


 


4、螺栓金相组织检测剖析


从断裂螺栓截取2个试样,用水砂纸对其预磨、精磨、研磨、抛光和王水溶液浸蚀,制备成金相试样。应用金相显微镜对1个试样金相组织停止检测剖析;另1个试样用出口的扫描电镜对其锻造缺陷停止察看剖析。经检测,螺栓的金相组织爲奥氏体,晶粒度评定等级爲6级,组织比拟粗大。


由螺栓的锻造缺陷微观形状可以看出,螺栓的外表和外部均发现较大的锻造裂纹和夹杂物,而且断口和裂纹左近均发现分明的沿晶开裂形状,这阐明螺栓的沿晶开裂次要与锻造缺陷有关。




5、螺栓断裂缘由剖析及对策


经过上述检测剖析可知,阀门螺栓生效部位处于端帽根部,生效性质属于脆性延迟断裂,断口类型爲沿晶特征。


(1)经过检测剖析,可见爲阀门原始制造进程中,厂家对配件把关不严,没有注重配件质量,招致运用进程中阀盖螺栓呈现断裂,招致复工。针对阀门螺栓的断裂成绩,立刻展开排查,对同厂家阀门停止了改换,同时汲取经验,增强到货阀门的质量反省,对关键部位的阀门配件停止抽检,确保运用进程的平安牢靠。


(2)螺栓断裂的次要缘由爲螺栓存在材质缺陷,详细表现爲:①螺栓的材质成分不契合国标要求,含C量偏高,含Cr量偏低,降低了其耐晶间腐蚀功能;②螺栓的端帽锻形成形工艺不标准,锻造的温度偏低,形成端帽根部发生锻造裂纹等缺陷;③螺栓锻后未停止热处置,端帽根部存在剩余应力,并且冷却时晶界析出含铬碳化物,形成晶界弱化,容易发作沿晶开裂。


螺栓断裂的主要要素爲环境温度动摇和介质腐蚀要素,详细表现爲:阀门禁受的温度动摇形成螺栓发生热疲劳应力,减速裂纹萌发和扩展。


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