(2.52)--金属构件失效分析.ppt

材料失效分析材料失效分析316L 316L 316L 316L 不锈钢蒸汽管失效原因分析不锈钢蒸汽管失效原因分析不锈钢蒸汽管失效原因分析不锈钢蒸汽管失效原因分析23钢管的化学成分分析4钢管的金相组织观察5失效钢管的SEM及EDX分析结论及建议7 某炼油厂硫磺回收装置液硫池蒸汽加热管竖管材质为316L，规格为50mmx4mm。管内介质为蒸汽，操作温度147，操作压力0.35MPa。管外介质为自硫封罐自流来的液硫。开工运行约20多天，加热蒸汽管竖管外壁同一高度位置均出现减薄失效情况，甚至发生断裂，与设计寿命相差甚远。背景介绍1 对失效钢管进行现场检查，图1为失效钢管外部腐蚀形貌。可见，各竖管失效断裂部位均出现严重腐蚀现象，且均处在同一层面，腐蚀减薄长度约40cm，腐蚀区域主要处在介质气液交界区。取某一断裂竖管上端腐蚀部位进行观查，发现管内外壁无明显的拉伸所致塑性变形，断口呈台阶状。外壁腐蚀较为严重，从形貌上看为深浅不一的腐蚀坑，断口上部接近断口减薄逐渐剧烈，远离断口处逐渐轻微，腐蚀形态为坑蚀，同一界面为均匀减薄。管内壁平整，未发现腐蚀现象。由此可推测，加热蒸汽管竖管断裂主要原因为外部腐蚀减薄致断裂。2失效钢管的宏观分析图1 失效钢管腐蚀形貌失效加热蒸汽管化学成分分析结果见表1，对比316L不锈钢的材料化学成分规范要求，可得出失效钢管材料的化学成分符合相关标准规定要求，与设计选材相一致。3钢管的化学成分分析对竖管断面附近进行金相组织观察，其金相组织形态如图2所示。钢管基体的金相组织为经固溶处理的奥氏体，金相组织均匀性尚可，晶界之间无点状碳化物，晶粒度约为7级。4钢管的金相组织观察图2 钢管的金相组织X200 对失效管材表面进行SEM分析，图3 为高倍观察试样的腐蚀表面SEM形貌，可看出，试样表面非常粗糙，存在大量腐蚀坑，许多点坑相互连接后形成大的坑蚀，并失去规则几何形状的特征。腐蚀发展是由外至内进行，无冲刷腐蚀形貌。5失效钢管的SEM及EDX分析图3 失效钢管表面的SEM形貌 采用SEM-EDX对试样表面腐蚀产物及硫磺介质进行成分分析，结果分别如图4、5所示。分析可知，腐蚀产物主要成分有硫化合物（SO3）、铁化合物(FeO)等。硫磺介质的EDX分析结果表明，硫磺中含有溶于水的二氧化碳（20.06%）。5失效钢管的SEM及EDX分析图4 腐蚀产物的SEM形貌和EDX 分析图5 腐蚀介质的SEM 形貌和EDX 分析6 通过对失效蒸汽管的宏观检查和微观分析，确定蒸汽管材质和结构质量均符合要求，外部介质造成的腐蚀是蒸汽管竖管失效断裂的主要原因。腐蚀导致管壁急速减薄，强度减退，连续的腐蚀减薄达到一定程度时，加上管线通气震动的影响，产生疲劳，加剧了管材失效断裂的产生。316L材料在炼油设备中属于具有较高抗腐蚀性的材料，在炼油过程使用中与一般材质钢管相比腐蚀速率最低。若其产生如此严重的腐蚀，主要原因可能为316L处于硫酸环境下。随温度的升高，腐蚀速率逐渐增大。失效原理分析与讨论 对该液硫池进行情况分析，若液硫池中存在一定量的水，则在生产运行过程中硫磺、氧气与水蒸汽易形成严重的酸性氧化腐蚀；硫磺介质中存在一定溶于水的二氧化碳也证明了液硫池中有水存在的推断。基于上述分析与讨论，对液硫池积水产生原因进行分析。试车和生产出的硫磺纯度和其他成分符合规定，积水应存在于液流池内部，推断开工时正是当地雨季，降雨量大，开工前液流池一直处于未合盖状态，而且未找到相关开工前清扫液流池记录，池内积水由降雨造成。当液流池内温度上升，水分上升至液流表面，硫磺与水在空气中缓慢氧化，然后在液硫池外部形成亚硫酸和硫酸，发生酸腐蚀逐渐腐蚀钢管表层；316L在适度硫酸环境下随温度的升高，腐蚀速率逐渐增大，在100以上就会造成严重腐蚀。失效原理分析与讨论6结论及建议7（1）推断该案例失效原因为液硫池外部介质含有硫酸，硫酸对蒸汽管造成严重腐蚀，进而导致管壁急速减薄，强度减退，最终出现失效断裂。（2）对液流池内的腐蚀防护应彻底杜绝水的存在，加强防护措施或密封液流池，在设计方面可考虑设计蒸汽管从池侧边或底部进入池内，避免蒸汽管在液面位置造成腐蚀。谢谢谢谢观看观看！