一起压力容器异径管件破断泄漏的分析及改进措施

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一起压力容器异径管件破断泄漏的分析及改进措施
赵福兴

　　 (1)事故概况

　　 2005年8月，我院在对苏州市某石化公司的压力容器进行全面检验时，发现该公司炼油车间数台石脑油加氢精制装置热交换器循环氢入口管Gr5Mo钢制￠150/100异径管件在正常运转参数下破裂泄漏。

　　 经查阅原始出厂技术资料发现该类设备异径管用￠159×10管热锻缩口制成，用奥302焊条与管道法兰、管子对接。操作条件：压力为4.0MPa，温度为常温，介质组成为85%H2＋0.4%H2S+H2O(微量)。

　　 破裂裂缝为轴线方向长145 mm的裂口，裂口两端终止于奥氏体焊缝处，肉眼可见最宽处为0.5 mm，最窄处直观可见。

　　 (2)原因分析

　　 ①冷弯及硬度试验：因受管件实际尺寸限制，只截取两个非标准的弯曲试件，进行正反面弯曲，弯曲至45?角既脆断，断口呈无塑性变形的脆断。硬度检验数值如表1。

表1  硬度检验数值
部位        试件号
        1#        2#
异径管        HRC42(HB391)        HRC41(HB380)
焊缝        HB123        HB120

　　 ②化学成分检验：断口取样做化学分析结果如表2。分析结果，异径管为Cr5Mo钢，成分指标无异常。

表2  化学分析结果值
部位        成分（%）
        C        Si        Mn        P        S        Mo        Cr        Ni
异径管        0.12        0.36        0.6        0.025        0.033        0.52        4.9        —
焊缝        0.09        0.46        1.9        0.037        0.017        —        22        11.15

　　 ③宏观检查：沿管壁厚度方向在管内可见因热加工缩径成形时造成的明显的纵向皱痕。

　　 ④金相观察：内外壁都呈现因热加工时过热引起的晶界氧化现象。深度为1~2个晶粒，并形成很多明显晶界微裂纹，其金相组织为因过热形成的粗晶低碳马氏体，晶粒度为4～5级，显微硬度为HRC42。

　　 ⑤电镜分析：断口内有数个裂纹源，破断起源于管内壁，裂纹源形貌为穿晶形解理状和沿晶混合型脆性破断。裂纹扩展区均由一些平滑面及沿晶、穿晶混合型组成的脆性断口。

　　 (3)结论

　　 ①制造工艺不当。锻件加热时，在奥氏体区因过热出现晶粒长大。快速冷却后“可淬性”好的Cr5Mo钢形成粗晶马氏体。在加热过程无可靠保护气氛出现了较严重的晶间氧化，再加“缩口”工艺时出现的内表面皱折，形成了较多的微观和宏观裂纹源。在环境影响下，裂纹源出现脆性扩展。

　　 ②腐蚀环境因素作用。管内介质为氢气、硫化氢、水气的混合物．而热加工形成的粗晶马氏体组织及氧化裂纹对此最为敏感。氢极易向钢中渗透集聚促使其脆断。一定体积比的硫化氢的存在，使氢致裂纹的扩展速度加快。而含硫化氢应力腐蚀更促使了裂纹的二次扩展。

　　 (4)预防措施

　　 ①锻制Cr5Mo钢制管件时应制定正确的热加工工艺，避免过热和淬硬。锻后应做细化晶粒的正火处或软化组织的退火处理。

　　 ②根据管件使用环境要求，使用前应进行表面磁粉或着色检查，避免宏观裂纹存在。增加金相组织和硬度检查，并应有相应的控制指标，避免不正常组织和过硬管件在易脆断环境中使用。

　　 ③“缩口”工艺易出现皱折的管件，内壁应增加车削工艺，消除表面缺陷。