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1、第44卷第2期化工设备与管道Vol144No122007年4月PROCESSEQUIPMENT&PIPINGApr12007废热锅炉气体入口弯头失效分析李超(河北迁安化肥股份有限公司,迁安市064412)摘要:分析了废热锅炉入口管线弯头爆破的原因。结果表明:弯头长期处于3OO℃以上工作,管内H2与管材中的碳或Fe3C发生化学反应,生成CH4,致使材料脱碳并产生裂纹,弯头强度降低脆性增强,导致爆破。关键词:废热锅;弯头;爆破;氢腐蚀中图分类号:TQ055.8文献标识码:A文章编号:100923281(2007)0220062202FailureAnalysisfo
2、rBendatGasInletofResidueHeatBoilerLiChao(HebaiQiananChemicalFertilizerCo.,Ltd,Qianan064412)AbstractThecausesofexplosionoccurredinthebendoftheinletpipelineinresidueheatboilerwereanalyzed.Theresultshowedthatwhenthebendworksat300℃foralonetime,H2reactswithC2orFe3CandcreatesCH4sothatthema
3、terialisdecarbonizedandthecrackmayforms.Inthisway,thestrengthofthebenddecreaseandthematerialbecomesbrittle,whichfinallyleadtoexplosion.Keywordsresidueheatboiler,bend,explosion,hydrogencorrosion2002年6月某化肥厂复产后合成双塔并联新测厚仪检测弯头外侧壁厚均不小于21mm。#工艺投入运行。2004年7月2合成塔气体出口至1.2显微组织检验#2废热锅炉气体入口管线<127m
4、m×21mm近废热分别在爆破口的A、B、C区取样,进行显微组织锅炉端一弯头爆破,并造成较大火灾事故(所幸没检验发现:在三区内壁侧均脱碳严重,试样脱碳层深#有人员伤亡)。该2合成塔气体出口设计温度为达13mm,占管壁厚的2/3(管壁厚21mm),脱碳层320℃,管内操作压力28MPa,介质为N2、H2和少量组织为铁素体,并分布着沿晶裂纹;未脱碳的管外壁的NH3,工艺流程及工艺配管图由厂技术科设计,管组织为铁素体加珠光体。线设计材质为15CrMo;由于对压力管道安装施工疏1.3室温冲击试验于管理,误将20G弯头用于管道安装,使2OG弯头沿轴向靠内壁侧截取爆破口附近管
5、材加工成夏长期处于200℃以上氢腐蚀敏感温度环境中。氏V缺口(缺口沿壁厚切取)冲击试样(一组3件)。1试验过程与结果GB6479286规定正火态20钢管材Ak值为39J。测1.1爆破口的宏观特征定结果表明,失效20G管材室温Ak值为8.5J、20J和14J。其冲击值仅为正火态的1/5～1/3。位置自弯头的焊口开始(整个焊口全部断裂),弯头外侧爆破口呈近似半椭圆形,长半轴沿轴向至2爆破原因分析R=3D弯头顶点A,长度约360mm,短轴长度约60低碳钢在高温高压的氢气环境中使用时,钢中mm,端点分别定为B、C,椭圆形爆破口分为A、B、C三个区,断口周边无塑性变形;A
6、区断口燃烧污染较收稿日期:2006204220重,弯头内表面亦分布着横向裂纹,裂纹长短不等,作者简介:李超(1971—)男,工程师,设备厂长。从事甲醇厂设备都是中间粗,两端尖,属应力引起的开裂特征;通过管理工作。2007年4月李超1废热锅炉气体入口弯头失效分析·63·的碳或Fe3C能和H2发生化学反应生成CH4,其反温度在320℃,而误用20G弯头,致使氢腐蚀发生,应式为:检测结果表明:弯头爆破前与N2、H2气氛接触的管2H2+Fe3C→3Fe+CH4内壁已严重脱碳、开裂,力学性能恶化,在管内高压2H2+C→CH4的作用下,发生爆破。以上反应生成的甲烷,在钢中的
7、扩散能力很小,3结论与措施它们聚集在晶界原有的微观孔隙内,形成局部高压,(1)显微断口为典型的沿晶或穿晶界断口,材造成应力集中,使这些微观孔隙发展成为裂纹。同料内部基体严重脱碳,晶界发生严重开裂。时,反应面附近的钢被脱碳,珠光体分解,由于碳的(2)由于钢材长期处于320℃左右工作,极利损失,形成了钢中碳的浓度梯度,推动了渗碳体分解于介质中的高压氢向钢材中扩散,并在晶界处与碳并向反应面扩散。裂纹的扩散又为氢和碳的扩散提结合形成甲烷等,导致晶界严重开裂和脱碳,并最终供了有利条件,加之生成甲烷是体积缩小的反应,较引起材料的严重脆化和强度降低,这是导致事故发高的氢分压将
8、加大氢腐蚀率,这样使反应
