廣東溢達紡織有限公司分汽缸失效分析

陳祥龍

摘 要：分汽缸兩條供汽管上彎頭部位發生蒸汽泄漏，縱縫發現橫向裂紋及穿透性裂紋。對樣品進行化學成分分析、磁粉檢測、金相分析，經分析得知該分汽缸產生裂紋并導致蒸汽泄漏，熱疲勞是主要原因。

關鍵詞：分汽缸；泄漏；橫向及穿透性裂紋；熱疲勞

中圖分類號：TQ051 文獻標識碼：A

一、引言

2014年7月上旬，工程部人員發現溢達紡織有限公司總廠內產品編號為031200007的分汽缸最左側（人孔側）兩條供汽管上彎頭部位發生蒸汽泄漏事故。之后不久分汽缸本體也發生蒸汽泄漏事故，停機后經廣州市黃埔廣石化工業設備檢測工程公司對該分汽缸進行無損檢測，在A1縱縫共發現8條橫向裂紋（垂直于焊縫），其中兩條為穿透性裂紋，其余焊縫未發現超標缺陷。公司對該分汽缸進行了更換處理。

2014年8月底，出廠編號為容20140244的分汽缸投入使用，9月底發現靠人孔側封頭環縫、前筒體環縫有漏點導致蒸汽泄漏，10月初發現后筒體環縫也開始漏汽，11月17日被迫停機更換分汽缸，運行時間不到3個月。分別為該分汽缸發生蒸汽泄漏的前筒體和后筒體。

為弄清分汽缸發生泄漏事故的原因，以便采取有效措施避免再次發生同類事故，廣東溢達紡織有限公司委托廣東省特種設備檢測院佛山分院對出廠編號為容20140244的分汽缸進行失效原因分析。廣東省特種設備檢測院佛山分院對該分汽缸的相關產品資料、運行工況及運行記錄進行了核查，并對該分汽缸筒體和焊縫取樣進行了材質分析，并對焊縫及部分母材進行了磁粉檢測，對裂紋部位進行了金相分析，對裂紋性質進行了判定，并結合該分汽缸的實際運行工況，得出了該分汽缸發生失效的原因。

二、檢驗內容和分析

1 資料審查

分汽缸的蒸汽來源是公司熱電分廠輸送過來的過熱蒸汽，溫度為210℃。為了滿足生產工藝需要，須把過熱蒸汽減溫至不超過190℃，為此在進汽母管前加了一個可調噴嘴減溫裝置，過熱蒸汽經減溫裝置噴水減溫后進入分汽缸（減溫水為軟水），然后通過供汽管道輸送到各用汽車間。通過查詢運行記錄可知，減溫裝置前蒸汽溫度為208℃～218℃，壓力波動范圍為0.4MPa～0.85MPa（表壓），減溫裝置后的蒸汽溫度為155℃～187℃，壓力波動范圍為0.4MPa～0.85MPa（表壓）。

第一臺分汽缸出廠編號為031200007，材質為20g，規格為φ1200× 6000×10，制造日期2003年12月，于2012年7月停用，使用時間約8年；第二臺分汽缸出廠編號為容20140244，材質為Q245R，規格為φ1200×6500× 10，設計壓力為1.32MPa，設計溫度為196℃，制造日期為2014年8月，由杭州振興鍋爐容器設備有限公司制造。投用初期約有10天未包覆保溫層。發生泄漏的部位為人孔側封頭環縫B1四點位置、筒體環縫B2三點位置、環縫B3十點位置，圖1為分汽缸結構及缺陷位置示意圖。

2 化學成分分析

經對分汽缸B2環焊縫及附近母材取樣進行化學成分分析，檢測結果見表1。

從檢測結果可知，分汽缸筒體母材及焊縫化學成分未發現異常，符合GB713-2008標準中Q245R的相關要求。

3 磁粉檢測

經對分汽缸內壁焊縫及部分母材進行磁粉檢測（分汽缸進汽管及出汽管管座角焊縫由于未焊透，未能進行磁粉檢測）。磁粉檢測結果發現，進汽管正下方的筒體母材及遠離焊縫的筒體母材均未發現裂紋，環縫B1發現多條橫向裂紋和縱向裂紋，B2焊縫發現橫向裂紋和縱向裂紋各一條，B3發現多條橫向裂紋和縱向裂紋，B4發現多條橫向裂紋。

從磁粉檢測發現的裂紋形貌和分布情況，我們可以看出，產生的裂紋均分布在環縫及其附近母材上，縱縫未發現裂紋；遠離進汽口的封頭環縫B1右側下方（面向人孔）裂紋最嚴重，焊縫兩側的母材有多條垂直于焊縫的橫向裂紋，部分裂紋橫穿焊縫，焊縫兩側熱影響區各有一條長約500mm的縱向裂紋，其中一條貫穿母材導致漏汽。環縫B2、B3的裂紋分布在筒體左側上方，環縫B4的裂紋分布在右側上方。裂紋起源于內壁，且由內壁向外壁擴展，形成穿透性裂紋，裂紋呈脆性開裂。

4 金相分析

從金相圖中可以看出，筒體母材金相組織為鐵素體+珠光體，晶粒度為9級，晶粒細小，符合Q245R控軋鋼板組織特征。裂紋主要為沿晶型裂紋，裂紋尖端較尖銳，裂紋有分枝及二次裂紋，裂紋為多源。裂紋內部有灰色腐蝕產物。

三、裂紋性質分析

從以上分析我們可知，由于分汽缸的筒體和焊縫材質均未發現異常，從磁粉檢測和金相檢驗的結果來看，分汽缸筒體環縫及附近母材產生的裂紋較符合熱疲勞裂紋特征，應為熱疲勞裂紋。

熱疲勞是指容器由于溫度的反復變化而產生的交變熱應力的作用下最終產生裂紋或破壞的現象。熱疲勞產生的裂紋具有以下特征：

（1）熱疲勞裂紋是在受熱表面熱應變最大區域形成，一般有多個疲勞裂紋源。典型的熱疲勞裂紋呈龜裂狀，根據熱應力方向，也可以為近似相互平行的直線型多裂紋形態；當熱應力特別大（如部件承受較大熱沖擊），或者有比較顯著的裂紋誘發源時，熱疲勞裂紋也可能呈現一條主裂紋形態。

（2）熱疲勞裂紋有沿晶型的，也有穿晶型的；裂紋端部多呈現圓鈍狀，當交變熱應力較大時，裂紋端部就較尖銳。

（3）熱疲勞裂紋內部往往充滿灰色腐蝕產物，說明在熱疲勞裂紋擴展中伴隨著明顯的氧化或腐蝕現象。

（4）熱疲勞裂紋源于表面，并由表面向縱深方向擴展，裂紋擴展深度與應力、時間及溫差變化相對應。

（5）斷口微觀特征為具有疲勞條紋。在熱蝕作用下，微觀斷口上的疲勞輝紋粗大，有時尚有韌窩狀花樣相對應。

（6）熱疲勞導致的斷裂為脆性斷裂，在斷裂部位附近基本沒有塑性變形。

結論

綜上所述，從分汽缸筒體的材質分析、磁粉檢測和金相分析結果來看，我們可知出廠編號為容20140244的分汽缸焊縫縫及母材產生的裂紋應為熱疲勞裂紋。分汽缸產生裂紋并導致蒸汽泄漏，熱疲勞是主要原因。

參考文獻

[1]劉會瓊.廣東溢達紡織有限公司全面預算管理改進研究[D].西北大學，2015.