V702人孔法蘭失效分析

摘 要：本文以檢驗工作中發現的一例人孔法蘭失效事故入手，結合斷口檢驗、金相檢驗、硬度檢測、化學成分分析、斷口形貌分析、斷口產物分析等方法的分析結果，再現了裂紋的發生、擴展、斷裂失效過程，并以此為出發點，提出了此類產品在制造環節、使用管理環節的預防措施，有效防止了該類事故的再次發生的幾率。

關鍵詞：人孔法蘭 失效分析

中圖分類號：TQ05017；TQ05019文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0070-01

1 設備簡況

洛陽石化工程公司液化石油氣堿洗罐V702，1986年有洛陽設計院設計，許昌通用機械廠于次年按JB741-80《鋼制壓力容器技術條件》制造，100%超聲波檢測，焊后熱處理，1989年投入使用，至今累計投用時間13年。期間開停工次數為7次。最近年檢時間為2000年3月，由洛陽鍋檢所對該罐的結構、幾何尺寸、表面進行了外表面檢查，對筒體進行了超聲測厚；對筒體對接環焊縫進行了磁粉探傷，環焊縫進行了超聲波探傷，檢驗結果判定安全狀況等級為2級，2000年3月年度檢驗后未作防腐處理。

該液化石油氣堿洗罐V702的使用參數如下。

設計壓力：1.65 MPa；使用壓力：1.23 MPa；設計溫度：40 ℃；主體材質：16 MnR。

操作介質：液化石油氣（C2～C5）、5%～10% NaOH、5PPmH2S、RSH≤100 PPm、總硫≤200PPm。

該液化石油氣堿洗罐的人孔法蘭為標準件，規格φ480 mm×12 mm，材質16 MnR鍛件，按JB585-79-6規范制造。2002年6月發現人孔法蘭頸部有泄漏，檢查發現在泄漏的部位有一條長約400 mm的裂紋，在停工處理的過程中，裂紋擴展達法蘭圓周的2/3。為了查清開裂原因，洛陽石化公司委托中石化蘭州設備分析中心做了金相分析、化學成分析、電鏡斷口形貌分析及斷口產物X-RAY能譜微區成分分析。

2 檢驗分析

2.1 斷口宏觀檢查（如圖1）

2.1.1 金相分析和硬度檢驗及結果

金相檢驗取樣分別在法蘭的開裂部位以及法蘭的螺栓孔附近切取，金相檢驗依據相關的金相檢驗標準、JB4726-94《鋼制壓力容器法蘭》和GB150-1998標準之法蘭規定進行，金相顯示，法蘭組織為鐵素體組織+珠光體組織+魏氏體組織，金相顯微鏡下顯示的組織具有明顯的方向性并存在MnS夾雜物，夾雜物級別為2級，晶粒度為7級，對開裂不會產生直接的影響。

裂紋附近硬度測試結果，布氏硬度（HBS10/3000/30）148、143，硬度值正常。

2.1.2 化學成分分析

化學成分分析結果顯示，該人孔法蘭材質符合JB4726-94《鋼制壓力容器法蘭》關于16 MnR鍛件制造規范對該類人孔法蘭材質的要求。

2.1.3 斷口產物分析

將原始斷口進行X-RAY能譜微區成分分析，斷口腐蝕產物主要為O、Na、Si、S、Mn、Fe等元素，斷口上Mn元素較正常值高

3 結果與分析

通過以上檢驗分析的結果，可以判斷該法蘭失效開裂呈典型的氫致裂紋開裂的特征，第一開裂具有延時性特征，該容器運行了13年才失效開裂，第二裂紋起源于材料的內部，裂紋多分布在夾雜的地方，第三開裂與容器的介質有關，失效的V702液化氣堿洗罐介質中有Na2S，在一定條件下Na2S+2H2O→2NaOH+H2S，也就是說，該人孔法蘭有極大傾向產生氫致裂紋。

在濕硫化氫的作用下，非金屬夾雜物聚集的地方構成原電池，在它的周圍產生電化學腐蝕，在應力作用下形成微裂紋，由于裂紋尖端曲率半徑小，產生很大的應力集中，當應力大于金屬的屈服強度，在裂紋的尖端形成新的斷面，多處斷面串接，就構成了我們觀察到的階梯狀開裂現象。

通過分析，V702罐開裂失效的原因一是非金屬夾雜物得存在，非金屬夾雜物及周圍在濕硫化氫的環境中構成原電池，形成裂紋源。二是法蘭頸部幾何形狀突變，是應力集中區，所以應力腐蝕開裂易發生在此部位。

4 結論

失效法蘭是介質硫化氫引起的應力腐蝕開裂，材料中大量的非金屬夾雜物（MnS）是裂紋形成的源頭，在裂紋的形成中起著關鍵的作用。

5 預防措施

5.1 制造環節

在使用工藝中，我們不能改變V702罐的介質，在壓力容器制造中，我們可以對制造化工類壓力容器的法蘭鍛件100%超聲檢測，在法蘭頸處幾何變形量最大部位，用斜直探頭以100%的比例掃查，必要時對法蘭頸部以10倍以上宏觀金相檢測，減少大的非金屬夾雜物的聚集區，控制裂紋形成的源頭。

5.2 使用環節

（1）加大班次設備巡檢力度，要及時清除人孔法蘭頸部的灰塵、鐵銹等雜物，每次巡檢時，要仔細查看頸部是否有液體滲出，做到及時發現。

（2）依據《壓力容器定期檢驗規則》，每要對壓力容器進行年度檢驗，一般有企業自行檢驗檢驗時，對法蘭頸可疑部位進行PT檢測，必要時進行UT檢測，用斜直探頭對幾何加工變形處大的部位掃查。

（3）依據《壓力容器定期檢驗規則》，根據容器的整體安全性能狀況，每隔3～5年要停車開罐對壓力容器全面檢驗，在定期檢驗時，對人孔法蘭內表面（與介質接觸面），要100%MT或100%PT檢測，對檢測懷疑部位，進行UT檢測，這樣我們能及時的發現裂紋源的形成及擴展，排除安全隱患，減少人孔法蘭出現裂紋失效事故的幾率。為企業生產減少不必要的停車檢修。

自從上述措施實施以來，截止到下一次全面檢驗周期為止，該類V702人孔法蘭沒有再出現一次裂紋失效案例，基本上解決了該類問題，是該類容器運行的安全性、穩定性得到了很大的提高，同時也為企業帶來了切實的利益，保護了人民生命財產的安全。

參考文獻

[1]在用壓力容器檢驗規程[勞鍋字（1990）3號[S].

[2]壓力容器安全技術監察規程[S].質技監局鍋發[1999]154號.