蒸汽管道失效成因分析

2 01 2在 第 3期 麓 道 技 术 Pi pe l i n e Te c h ni q u e 设 备 Eq ui pme n t 2 01 2 No 3 蒸汽 管道失效成 因分析 韩伟 ， 赵景星 ， 王春茂 ， 祝卫 国 ( 山东省特种设备检验研究院， 山东济南2 5 0 1 0 1 ) 摘要 ： 通过力学性能测试 、 化学成分分析、 金相检查和扫描 电镜 分析等方式对一段运行 的蒸汽管道 失效原因进行 了详细分析 ， 得 出失效的根 源是不合格的金相组织在应力作用下腐蚀开裂。最后指 出在 役 管道定期检验应增加金相检查作为辅助手段。 关键词 ： 蒸汽管道 ； 失效； 金相检查 中图分类号 ： T K 2 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 4 9 6 1 4 ( 2 0 1 2 ) 0 3 0 0 5 5 0 2 Fa i l ur e An a l y s i s o f t he St e a m Pi p e l i ne HAN We i ， Z HA O J i n g x i n g ， WANG C h u n ma o， Z HU We i - g u o ( S h a n d o n g S p e c i a l E q u i p me n t I n s p e c t i o n & R e s e a r c h Ac a d e my ， J i n a n 2 5 0 1 0 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Ac c o r d i n g t o a n a l y s e s o f me c h a n i c s p e rf o r ma n c e t e s t i n g ， c h e mi c a l a n a l y s e s ， me t a l l o g r a p h i c e x a mi n a t i o n a n d s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p e a n a l y s e s ， t h e d i r e c t c a u s e o f t h e f a i l u r e e i s c o r r o s i o n a n d c r a c k i n g o f t h e me t a l l u r g i c a l s t r u c t u r e u n d e r s t r e s s ， wh i c h i s b e l o w t h e s e t s t a n d a r d F i n a l l y t h i s p a p e r p o i n t s o u t t h a t me t a l l o g r a p h i c e x a mi n a t i o n i s a n e c e s s a r y w a y i n p e r i o d i c a l i n s p e c t i o n s o f p r e s s u r e p i p i n g Ke y wo r d s ： s t e a m p i p e l i n e ； f a i l u r e ； me t a l l o g r a p h i c e x a mi n a t i o n 0 引言 山东某厂压缩车 间 8 样 汽轮机蒸 汽管道正常运行 时发生爆炸事故 。该管段工作压力 3 03 3 MP a ， 工 作温度 4 0 0 ， 材 质 为 1 5 C r Mo ， 管 子规格 d p 1 3 3 6 0 mm 爆管段长 6 8 5 m m， 爆 口长 ( A B方 向) 3 7 8 m m， 宽 2 7 1 mm A端管径 1 3 6 mm， B端管径 1 3 9 m m 爆 口 A 端含一长约 6 7 m m的穿透性裂纹 ， 裂纹具备陈旧性裂 纹特征 。B端断 口为撕裂状 。管子 内外壁均有 氧化 皮 。爆 口附 近 完 整 管 段 胀 粗 不 明显 ， 胀 粗 率 低 于 4 5 。 管子第一爆 口位 于开 口中部 ， 向两边 延伸 ， 断 口 面较平齐 ， 与管子壁厚垂直 ， 爆 口边缘 粗钝。初 始断 口位置未见 明显塑性变形 ， 为脆性断口。 1 爆管段基本性能检测 1 1壁厚 测量 选取该管段有代表性部位进行厚度测量 ， 结果如 表 1 所示。 壁厚测量表 明爆 口附近厚度减薄 明显 ( 4 9 5 5 mm) ， 离开爆 口3 0 m m以外区域管壁无明显减薄( 5 7 6 0 mm) 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 51 0 收 修改稿 日期 ： 2 0 1 1 1 22 2 表 1 管子厚度测量 结果 m m 1 2 硬 度 测量 选取该管段有代表性部位进行硬度抽查 ， 管段硬 度检测未见异常 ， 结果如表 2所示。 表 2 管子硬度测量结果H B S 测点位置 第 1 点 第 2 点 第 3 点 第4点 第 5 点 爆 口附近 1 2 8 1 2 0 1 4 2 1 2 1 1 2 3 爆 口背侧 1 4 3 1 5 5 1 2 1 1 4 4 1 3 6 完 整管段 1 2 6 1 6 8 1 4 9 1 5 0 1 4 3 1 3 化学成分分析 选取爆管段无缺陷区域进行化学成分分析 ， 结果 如表 3所示 。 表3 管子化学成分分析结果 元素 含量 元素 含量 C 0 1 5 9 Nb 0 0 0 5 0 S i 0 2 4 0 Ti O o o 2 O Mn 0 5 2 0 V 0 01 0 0 P 0 0 1 2 W 0 0 4 0 S 0 o o 7 0 P b 0 01 0 0 C r 1 0 7 S n 0 0 0 5 0 Mo 0 4 1 6 As 0 o o 8 O Ni 0 0 6 8 Z r O o o 3 0 Al O 0 3 1 B 0 0 0 l 0 Co 0 0 1 5 F e 9 7 3 CU 0 1 2 2 、 5 6 P i p e l i n e T e c h n i q u e a n d E q u i p me n t Ma y 2 0 1 2 该管段化学成分符合 G B 5 3 1 01 9 9 5 高压锅炉 用无缝钢管 第 4 1款化学成分相关技术要求 。 1 4力学性能测试 选取爆管段无 缺陷 区域 ， 进行力 学性能测试 ， 拉 伸结果如表 4所示。 表 4 管子拉伸试验 结果 V型缺 口冲击试验结果如表 5所示。 表5 管子冲击试验结果 以上分析表明该管段材料力学性 能符合 G B 5 3 1 0 1 9 9 5 高压锅炉用无缝钢管 的相关技术要求。 2爆 口区域检测 2 1 渗透检测 对爆管段爆 口内表面进行渗透检测 ， 发 现平行于 爆 口的密集纵 向裂纹 ， 最 大深度 1 m m 在爆管段远离 爆 口位置发现一处平行于爆口的密集纵向裂纹区域。 2 2金相检测 对爆管段爆 口附近无缺 陷区域截取试块 D， 选取 径向截面进行制样 ， 经磨制 、 抛光后 ， 用 4 硝酸酒精 溶液腐蚀 ， 通过金相组织 分析发现 ， 表层 与心部组织 为铁素体与粒状贝 氏体和索 氏体 ( 如 图 1所示 ) 。显 微硬度为 2 2 0 2 3 0 H V 图 1区域 D金相组织 区域 D内金相检测发现回火索氏体组织， 不满足 G B 5 3 1 0 1 9 9 5 高压锅炉用无缝钢管 第 4 9款显微 组织的相关技术要求。 对渗透检测发现裂纹区域进行金相检测 ， 发现裂 纹内有灰色氧化产物 ( 如图 2所示) ， 表 明该裂纹为陈 旧性裂纹 ， 并非爆破短时形成 。 图 2裂纹区域 金相 2 3 扫描电镜分析 利用机械方法打开爆 口区域含裂纹试块 ， 对断 口 进行扫描电镜分析 ， 如图 3所示。 图 3 裂纹打开后 的电镜 形貌 对裂纹尖端 区域进行能谱检测 ， 发现存在钙 、 镁 、 钠等， 分析结果如表 6所示。 表 6 裂纹尖端 能谱分析结果 3结束 语 综上所述 ， 该管段材料 力学性 能、 化 学成分 等检 测未见异常 ， 但是金相检查发现 G B 5 3 1 01 9 9 5 高压 锅炉用无缝钢管 不允许 的回火索 氏体组织 。在爆 口 附近区域裂纹内发现氧化产物 ， 证 明该裂纹为陈 旧性 裂纹。在裂纹尖端发现 了钙 、 镁 、 钠