广东溢达纺织有限公司分汽缸失效分析
中图分类号：TQ051 文献标识码：A
一、引言
2014年7月上旬，工程部人员发现溢达纺织有限公司总厂内产品编号为031200007的分汽缸最左侧（人孔侧）两条供汽管上弯头部位发生蒸汽泄漏事故。之后不久分汽缸本体也发生蒸汽泄漏事故，停机后经广州市黄埔广石化工业设备检测工程公司对该分汽缸进行无损检测，在A1纵缝共发现8条横向裂纹（垂直于焊缝），其中两条为穿透性裂纹，其余焊缝未发现超标缺陷。公司对该分汽缸进行了更换处理。
2014年8月底，出厂编号为容20140244的分汽缸投入使用，9月底发现靠人孔侧封头环缝、前筒体环缝有漏点导致蒸汽泄漏，10月初发现后筒体环缝也开始漏汽，11月17日被迫停机更换分汽缸，运行时间不到3个月。分别为该分汽缸发生蒸汽泄漏的前筒体和后筒体。
为弄清分汽缸发生泄漏事故的原因，以便采取有效措施避免再次发生同类事故，广东溢达纺织有限公司委托广东省特种设备检测院佛山分院对出厂编号为容20140244的分汽缸进行失效原因分析。广东省特种设备检测院佛山分院对该分汽缸的相关产品资料、运行工况及运行记录进行了核查，并对该分汽缸筒体和焊缝取样进行了材质分析，并对焊缝及部分母材进行了磁粉检测，对裂纹部位进行了金相分析，对裂纹性质进行了判定，并结合该分汽缸的实际运行工况，得出了该分汽缸发生失效的原因。
二、检验内容和分析
1 资料审查
分汽缸的蒸汽来源是公司热电分厂输送过来的过热蒸汽，温度为210℃。为了满足生产工艺需要，须把过热蒸汽减温至不超过190℃，为此在进汽母管前加了一个可调喷嘴减温装置，过热蒸汽经减温装置喷水减温后进入分汽缸（减温水为软水），然后通过供汽管道输送到各用汽车间。通过查询运行记录可知，减温装置前蒸汽温度为208℃～218℃，压力波动范围为0.4MPa～0.85MPa（表压），减温装置后的蒸汽温度为155℃～187℃，压力波动范围为0.4MPa～0.85MPa（表压）。
第一台分汽缸出厂编号为031200007，材质为20g，规格为φ1200× 6000×10，制造日期2003年12月，于2012年7月停用，使用时间约8年；第二台分汽缸出厂编号为容20140244，材质为Q245R，规格为φ1200×6500× 10，设计压力为1.32MPa，设计温度为196℃，制造日期为2014年8月，由杭州振兴锅炉容器设备有限公司制造。投用初期约有10天未包覆保温层。发生泄漏的部位为人孔侧封头环缝B1四点位置、筒体环缝B2三点位置、环缝B3十点位置，图1为分汽缸结构及缺陷位置示意图。
2 化学成分分析
经对分汽缸B2环焊缝及附近母材取样进行化学成分分析，检测结果见表1。
从检测结果可知，分汽缸筒体母材及焊缝化学成分未发现异常，符合GB713-2008标准中Q245R的相关要求。
3 磁粉检测
经对分汽缸内壁焊缝及部分母材进行磁粉检测（分汽缸进汽管及出汽管管座角焊缝由于未焊透，未能进行磁粉检测）。磁粉检测结果发现，进汽管正下方的筒体母材及远离焊缝的筒体母材均未发现裂纹，环缝B1发现多条横向裂纹和纵向裂纹，B2焊缝发现横向裂纹和纵向裂纹各一条，B3发现多条横向裂纹和纵向裂纹，B4发现多条横向裂纹。
从磁粉检测发现的裂纹形貌和分布情况，我们可以看出，产生的裂纹均分布在环缝及其附近母材上，纵缝未发现裂纹；远离进汽口的封头环缝B1右侧下方（面向人孔）裂纹最严重，焊缝两侧的母材有多条垂直于焊缝的横向裂纹，部分裂纹横穿焊缝，焊缝两侧热影响区各有一条长约500mm的纵向裂纹，其中一条贯穿母材导致漏汽。环缝B2、B3的裂纹分布在筒体左侧上方，环缝B4的裂纹分布在右侧上方。裂纹起源于内壁，且由内壁向外壁扩展，形成穿透性裂纹，裂纹呈脆性开裂。
4 金相分析
从金相图中可以看出，筒体母材金相组织为铁素体+珠光体，晶粒度为9级，晶粒细小，符合Q245R控轧钢板组织特征。裂纹主要为沿晶型裂纹，裂纹尖端较尖锐，裂纹有分枝及二次裂纹，裂纹为多源。裂纹内部有灰色腐蚀产物。
三、裂纹性质分析
从以上分析我们可知，由于分汽缸的筒体和焊缝材质均未发现异常，从磁粉检测和金相检验的结果来看，分汽缸筒体环缝及附近母材产生的裂纹较符合热疲劳裂纹特征，应为热疲劳裂纹。
热疲劳是指容器由于温度的反复变化而产生的交变热应力的作用下最终产生裂纹或破坏的现象。热疲劳产生的裂纹具有以下特征：
（1）热疲劳裂纹是在受热表面热应变最大区域形成，一般有多个疲劳裂纹源。典型的热疲劳裂纹呈龟裂状，根据热应力方向，也可以为近似相互平行的直线型多裂纹形态；当热应力特别大（如部件承受较大热冲击），或者有比较显著的裂纹诱发源时，热疲劳裂纹也可能呈现一条主裂纹形态。
（2）热疲劳裂纹有沿晶型的，也有穿晶型的；裂纹端部多呈现圆钝状，当交变热应力较大时，裂纹端部就较尖锐。
（3）热疲劳裂纹内部往往充满灰色腐蚀产物，说明在热疲劳裂纹扩展中伴随着明显的氧化或腐蚀现象。
（4）热疲劳裂纹源于表面，并由表面向纵深方向扩展，裂纹扩展深度与应力、时间及温差变化相对应。
（5）断口微观特征为具有疲劳条纹。在热蚀作用下，微观断口上的疲劳辉纹粗大，有时尚有韧窝状花样相对应。
（6）热疲劳导致的断裂为脆性断裂，在断裂部位附近基本没有塑性变形。
结论
综上所述，从分汽缸筒体的材质分析、磁粉检测和金相分析结果来看，我们可知出厂编号为容20140244的分汽缸焊缝缝及母材产生的裂纹应为热疲劳裂纹。分汽缸产生裂纹并导致蒸汽泄漏，热疲劳是主要原因。
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