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芳烃装配热电偶掩护套管断裂阐发及应答方法

背景: 中海油东莞石化厂无穷集团公司 创作者:胡智翔 发出起止日期:2019-05-09
       摘 要 :经途历程对掩体穿墙防水线管开裂处的分子运动及低倍描摹阐发、金相显微結构阐发、电镜 MES 分子运动描摹阐发等胳膊肘,对芳烃装配工艺的pt100及补偿导线及补偿导线穿墙防水线管开裂进行判决书奏效阐发,查证掩体穿墙防水线管开裂脾气为双相婉延委靡开裂。pt100及补偿导线及补偿导线掩体穿墙防水线管跟部为地应力汇集了处,起首会产生委靡纹裂,随着委靡纹裂不断缩小,很是终构成的pt100及补偿导线及补偿导线掩体穿墙防水线管开裂判决书奏效,并争对此区域写出初次应答手段。
 
弁言
       某公司芳烃装配测温热电偶程度装配在管道上,掩护 套 管 插 入 管 道 中 的 深 度 为 450mm, 管 道 内 的 介 质 自下而上地活动。管道内流体介质 :C8 芳烃 ;操纵温度 :175℃~ 200℃ ;操纵压力 :1.9 MPa ~ 2.12MPa ;介质 pH值 7.0。一般环境下只要掩护套管外壁与管道内介质打仗,热电偶不与管道内介质打仗(掩护套管破坏时除外)。产生生效后,将热电偶从装配上装配上去,发明热电偶掩护套管在其根部与法兰毗连处断裂,如图 1 所示。断裂的掩护套管已丧失(估量掉入管道中),仅残存与法兰毗连处的掩护套管根部断口。
掩护套管断裂地位表示图
       掩护套管的情势为全体棒料钻孔锥形掩护管,材质为 0Cr18Ni10Ti 不锈钢,外径根部尺寸 ф22mm,端部尺寸 ф18mm。毗连的法兰规格 PN5.0 DN40 RF HG20617-97,法兰材质也为 0Cr18Ni10Ti 不锈钢。
 
1 查验阐发
1.1 掩护套管断口的微观、低倍阐发
       热电偶掩护套管的断口在掩护套管根部与法兰毗连处断口较为平展,不较着的塑性变形 ;裂纹发源于掩护套管根部与法兰毗连处彼此对应的两侧,一侧的裂纹扩大较快,裂纹扩大区的面积较大,为主裂纹,另外一侧的裂纹扩大较慢,裂纹扩大区的面积较小,为次裂纹 ;断口上有裂纹扩大后留下的“海滩状”委靡弧线 ;当主、次裂纹扩大相遇时组成的很是后瞬断区为一个直线条状地区,如图 2 所示。如图 3 所示,操纵体式显微镜察看热电偶掩护套管断口的裂纹源区、裂纹扩大区和瞬断区。掩护套管断口的裂纹源辨别别在其相向对称的两侧边缘,裂纹扩大区较为平展、滑腻,可见“海滩状”的委靡弧线,很是后瞬断区为一条直线条状区,是两侧委靡裂纹扩大的很是后相遇处,断口外表不塑性变形的陈迹,斟酌热电偶长周期运转时代因管道内物料活动产生漩涡零落所组成的交变应力,按照瞬断区占断面的比例不到 1 / 10,可以或许判定该套管断口属于低应力高周委靡断口 [1]。由此开端判定,热电偶掩护套管的断裂性子为双向曲折委靡断裂。
掩护套管断口的微观描摹(套管根部-法兰处)掩护套管断口的低倍描摹
1.2 掩护套管的金相阐发
       将掩护套管根部与法兰毗连处的断口切开,取右边的纵向截面作为金相察看面。样品经预磨、抛光、侵蚀后,在显微镜下察看阐发。掩护套管与法兰焊接为一体后,经机加工组成了法兰密封面,如图 4 所示。
掩护套管断口及金相磨面的低倍描摹
       挑选差别的部位对套管根部断口处及套管与法兰焊接部位停止金相阐发,如图 5 所示。热电偶掩护套管的金相构造为单相固溶态奥氏体。图 5 中的 1、6 处是套管与法兰的焊接部位,焊缝与套筒及法兰熔合杰出,未见较着焊接缺点 ;但在焊缝的底部产生了一条裂纹,与法兰密封面呈45° 角,向焊缝中扩大,但还不贯串法兰密封面 ;该裂纹走向平直,裂纹尖端较为圆钝,不分叉,具备委靡裂纹扩大的外形,裂纹是统一条裂纹,即一条环形裂纹,如图 6(a)和图 6(f)所示。
掩护套管断口及金相磨面的低倍描摹
       图 6 中的 2 处是套管断口的裂纹源 1,裂纹发源于套管外壁外表,根基垂直于套管向内扩大,见图 6(b)。图 5中的 3 处是套管断口的裂纹扩大区,接近套管中间的热电偶孔,见图 6(c)。图 5 中的 4 处也是套管断口的裂纹扩大区,接近套管中间的热电偶孔 ;但其断口外形与 3 处差别很大,其缘由是遭到了主裂纹扩大标的目的的影响。3 处是主裂纹扩大停止在套管热电偶孔,而 4 处是主裂纹扩大又从头肇端在热电偶孔,套管热电偶孔边缘的塑性变形是外力拉伸感化的成果,如图 6(d)所示。图 5 中的 5 处是套管断口的裂纹源 2 和很是后瞬断区。
套管断口遍地的金相构造
1.3 掩护套管断口电镜阐发
       操纵扫描电镜,对热电偶掩护套管断口停止微观阐发。在掩护套管断口裂纹源 1 及裂纹扩大区上,可见委靡裂纹扩大后留下的“辉纹线”;能谱阐发标明,掩护套管断口上不侵蚀性元素存在。是以,以为掩护套管断口为纯真的机器委靡断裂,如图 7 所示。
掩护套管断口裂纹源1及裂纹扩大区的SEM+EDS
       在掩护套管断口裂纹源 2、裂纹扩大区及瞬断区上,可见平展的裂纹源区和裂纹扩大区。瞬断区为一个直线条状区,是裂纹源 1 和裂纹源 2 扩大很是后的相遇处,可见掩护套管很是后断裂时产生的断裂韧窝,如图 8 所示。掩护套管的委靡断裂由套管外壁绝对的两侧同时向内扩大,一侧扩大较快而另外一侧较慢,申明套管遭到的双向曲折委靡应力是不对称的,即一侧较大,另外一侧较小。
掩护套管断口裂纹源2及裂纹扩大区、瞬断区的SEM
1.4 阐发与会商
       经由进程对热电偶掩护套管断口的多项理化阐发,确认掩护套管的断裂性子是委靡断裂。掩护套管程度布置在装配管道中,呈悬臂梁状况,其套管根部与法兰毗连处是很是大的曲折应力处,如图 9 所示。
掩护套管装配布局表示图
       如图 10 所示,当管道内的介质活动经由进程掩护套管时, 则会在掩护套管的反面产生漩涡,任何非流线型物体尾部存在充足的拖迹边缘城市产生漩涡零落,这便是卡门涡列。
卡门涡列
       当漩涡从物体两侧周期性瓜代离开时,便会在物体上产生周期的升力和阻力,从而致使了流体压力的巨细与标的目的的变更,很是后引发物体振动 [2]。振动的产生会致使流体介质感化在套管上的应力跨越套管上部分应力集合处的蒙受极限而产生委靡裂纹,委靡裂纹一旦产生,则在此交变应力的周期感化下,不时地扩大直至组成掩护套管的折断。
 
       本案例中,掩护套管根部及套管与法兰焊缝底部均是应力集合地区。是以,在交变应力的感化下,上述处所均产生了委靡裂纹。因为在掩护套管根部产生的委靡裂纹扩大较快,使得掩护套管先产生了断裂。掩护套管遭到的交变应力是双向曲折应力,但不是完整对称的,受力较大的一侧(套管迎向流体介质侧),裂纹扩大较快 ;而受力较小的一侧(套管背向流体介质侧),裂纹扩大较慢。如许一来,套管的很是后瞬断区就不在套管的中间部位,而是方向于套管受力较小的一侧。
 
2 论断
       1)热电偶掩护套管材质为奥氏体不锈钢,其金相构造为固溶态奥氏体。
       2)热电偶掩护套管的断裂性子为双向曲折委靡断裂。 
       3)管道中介质对热电偶掩护套管的流体打击、湍流而产生的振动,交变应力致使热电偶掩护套管根部即应力集合处,起首产生委靡裂纹,跟着委靡裂纹不时地扩大,很是终组成了热电偶掩护套管的委靡断裂。
掩护套管掩护图
3 应答方法[2]
为防止热电偶掩护套管断裂变乱的常常产生,提出以下几种方法。
       1)如图 11 所示,进步套管阻尼可以或许下降振动幅值。可在掩护套管的拔出端增添一个掩护圈,其外径和套管装配件的外径不异,起到支持感化。如许延长了悬臂的长度,大大减小了套管尖端的振幅。
       2)经由进程增大套管外径,减小套管内径来进步截面惯性矩,以此增添布局的固有频次,错开共振风险区。在不影响呼合时候的环境下,增添套管外径和壁厚,可以或许到达很好的成果。
       3)热电偶装配地位错开管道弯头、阀门、节省孔板四周,以防止流体介质速率的扰动,引发很是振动。
       4)转变热电偶掩护套管的横截面外形,将掩护套管外表加工成流线型,使流体不产生漩涡零落景象。
       5)减小掩护套管的长度能有用进步套管的固有频次,并进步套管的强度。但延长几多要看具体环境,准绳上不能影响热电偶的丈量精度和呼合时候。
 
4 竣事语
       在财产出产进程中,温度是丈量和节制的主要参数之一,以是热电偶坚持长周期宁静安稳运转相当主要。从今朝热电偶产生毛病的范例阐发,套管断裂还是热电偶操纵进程中很是罕见的生效情势 [3],而热电偶掩护套管断裂的缘由多种多样。对热电偶掩护套管生效的案例停止阐发研讨,可以或许有针对性地经由进程迷信选材,进步套管阻尼、进步截面惯性矩 ;公道挑选热电偶的装配地位和体例,转变套管横截面外形,在保障热电偶的丈量精度和呼合时候的条件下公道挑选伸出长度等方式,有用防止热电偶套管断裂生效的频仍产生。
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