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氢气保送304不锈钢管开裂缘由阐发

宣布时候:2021-08-13 09:09:03 丨 阅读次数:

氢气是一种高度风险的气体,不只易燃易爆,并且具备必然的毒性,是以氢气运输的宁静性一向备受存眷。氢气管与其余管道平行敷设时,普通敷设在外侧,敷设在顶层:上,与其余加热管的自在间隔不应小于250mm。因为氢气具备焚烧能量低、与氛围和氧气夹杂熄灭、爆炸极限宽、熄灭速率快等特色,在出产和利用进程中应出格注重氢气熄灭爆炸题目。一旦产生泄露或火警,效果不堪假想,丧失不可估计。

本文所触及的氢气管道资料为经常利用的304不锈钢管。具体阐发其开裂缘由,可为同类管材的生效供给参考,避免往后利用中产生此类变乱,具备首要意思。

1 次测试

所触及的输氢管道于1998年投入利用,铺设于屋顶,里面有防腐层,不保温,管道尺寸为219mm8mm,管道为304不锈钢,管道内介质为为加氢质料气,以氢气为主,设想压力4.8MPa,任务压力3.2MPa,设想温度50,温度操纵温度一般,工况不变,压力无较着动摇和温度。在2015年的一次完全查抄中,发明管道的良多部位都存在裂纹。截取有裂纹的直管、三通和弯头停止裂纹阐发。

经由进程微观查抄,阐发管道的全体情况。经由进程金相阐发,判定管道显微构造是不是非常;利用扫描电子显微镜和电子能谱仪经由进程机器机能测试(拉伸测试和硬度测试)阐发:侵蚀产物的裂纹和成份,以肯定管道的机器机能是不是降落。

2 成果与阐发

2.1 管道概略

对样品停止微观查抄,防腐层全体无缺,部分地区有破坏。打磨防腐层后,未发明微观裂纹,如图如图1;且管壁无较着侵蚀、变薄、变形景象。纵向切割管道后,发明管道内壁附着玄色侵蚀产物,呈块状散布,申明保送的氢气中存在侵蚀介质。

2.2 金相构造

别离从304不锈钢管、T型管和弯头上切下样品,察看金相构造。对样品停止抛光和抛光后,用4% 的喷雾溶液对其停止蚀刻。金相构造见图2-4。金相构造察看参照GB/T 13298-1991 《金属显微构造查验方式》。

从图2能够看出,304不锈钢管壁基体首要由共析铁素体和珠光体构成,灰色基体为等轴铁素体,玄色块体为片状珠光体。布局平均、邃密。 304不锈钢的正态剩余相显微构造。

从图3中能够看出,焊缝四周地区厚且不平均,热影响区构成条状马氏体,玄色珠光体呈带状,有堆积,灰色铁素体散布平均。

从图4能够看出,在焊缝区四周,玄色珠光体含量逐步增添,晶粒变大,大晶粒的强度和硬度常常小于小晶粒的强度和硬度。同时,焊缝四周呈现条状马氏体构造。马氏体构造硬度高,韧性低,轻易成为缺点区。

研讨标明,显微构造对应力侵蚀开裂的敏理性按以下挨次增添。铁素体中的球形碳化物构造颠末充实调质。构造正火,回火构造正火,消光后构造不回火。马氏体构造。在上述金相构造阐发中,马氏体构造呈现在T和弯头处的焊缝四周,轻易引发硫化物应力侵蚀开裂。

2.3 力学机能

2.3.1 拉伸实验

在304不锈钢管和三通的差别地位共取12个拉伸试样停止力学机能测试。拉伸实验按GB/T228.1-2010 《金属资料拉伸实验第1部分:室温实验方式》实验规范停止,图5为实验前三个拉伸试样的微观描摹。拉伸实验成果与规范值对照见表1。

图6 显现了拉伸试样断裂后断裂面的微观描摹。图6a 和b 中样品的分化日期并不较着。图6a 中的样品断裂日显现了裂纹界说。图6b 中样品的横截面是平展的,不45 斜截面。二者都有脆性断裂。两个拉伸试样均存在微裂纹。图6c 样品断裂后,呈现锥度,中间的纤维面积较大。按照表1的成果,管壁的全体力学机能合适规范,申明304不锈钢管不产生资料劣化。

2.3.2 硬度

硬度测试在304 不锈钢管、三通管和弯头上停止。试件包含焊接热影响区和非资料区。图7 显现了一些样品的形状。实验成果见表2。按照GB/T 3639-2009 《冷拔或冷轧紧密无缝钢管》,304不锈钢管硬度参考值小于156HB。从表2中的数据能够看出,被测资料具备杰出的韧性,资料不较着劣化。

2.4 内墙形状

2.4.1 侵蚀产物

经由进程电子能谱阐发氢气管道内壁侵蚀产物,肯定侵蚀产物中各元素的含量。

在含有水和硫化氢的情况中,碳钢和低合金钢会被湿H2S侵蚀,而湿H2S具备很强的侵蚀性。从图8中能够看出,侵蚀产物附着在管内壁上,侵蚀产物首要是Fe的氧化物和硫化物,元素S的存在标明氢介质中含有硫化物等侵蚀介质。同时,FeS能够堆积在金属外表构成掩护膜,但膜的附出力差。在管内介质的擦洗感化下,侵蚀产物的薄膜从金属外表剥离,金属再次裸露在侵蚀介质中。另外,因为氢原子的渗入,管道还会产生部分应力侵蚀,属于湿H2s毁伤中的硫化物应力侵蚀开裂。 2.4.2 内壁裂纹及侵蚀形状

图9为304不锈钢管除锈后内壁微观侵蚀描摹。在图9a-c中,能够看到管壁内外表有裂纹,裂纹较深,在收缩进程中呈现分叉,是低侵蚀裂纹的典范特点,张力。在图9d 中,内壁有良多侵蚀坑。点蚀景象较着,且侵蚀点蚀不时变大、堆积,并有构成微裂纹的趋向。

图10a 显现了三通管会合处的微观形状。因为气流的磨蚀感化,管道内壁呈现部分侵蚀,有大批的凹坑和深凹坑。图10bc 显现了焊接区四周。焊缝地区存在多个平行裂纹,剩余应力会进一步增进焊缝分散。

图11为弯头内壁除锈后侵蚀形状。弯头内壁有必然的冲洗侵蚀,拆卸体呈平均侵蚀。从图11b能够看出,焊缝区与母材区之间存在裂纹。对照图11c和d能够看出,在阔别焊缝区的管道内壁存在多条平行裂纹,申明管道内存在侵蚀介质,引发应力侵蚀开裂。

3 论断

1)304不锈钢管力学机能知足资料请求,基体显微构造一般。焊缝区四周构造较厚,有少许马氏体构造。

2)304不锈钢管内外表有较着的侵蚀产物、裂纹和麻点,侵蚀产物中有较着的S元素,猜测氢保送介质中有硫化物。裂纹发源于管内外表,首要散布在焊缝四周,少许散布在未焊区。

3)按照裂纹形状和侵蚀产物特点,304不锈钢管开裂被以为是硫化物应力侵蚀引发的。


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