16.在役焦炭塔筒體鼓脹變形分析(daigai)

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1、在役焦炭塔筒體鼓脹變形分析在役焦炭塔筒體鼓脹變形分析郭宏偉121001遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械技術(shù)系金春遠(yuǎn)121001中國(guó)石油錦州石化公司焦化車(chē)間摘要焦炭塔從1990年建設(shè)投入運(yùn)行至今，在運(yùn)行過(guò)程中從塔底部錐段向上多層塔節(jié)發(fā)生了臌脹變形，并發(fā)現(xiàn)了大量表面裂紋，利用射線(xiàn)、超聲、著色等無(wú)損檢測(cè)手段檢測(cè)，金相顯微組織分析等手段進(jìn)行定量與定性分析，確定該塔還可以在穩(wěn)定操作條件下繼續(xù)生產(chǎn)。關(guān)鍵詞焦炭塔變形檢測(cè)分析1引言4#焦炭塔是1990年11月制造安裝、并于同年12月投入運(yùn)行的大型設(shè)備。該設(shè)備的材質(zhì)為20G；規(guī)格尺寸為φ6100×31027×30/36（mm）；上

2、封頭為球形，下封頭為錐體結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)壓力：0.3MPa，設(shè)計(jì)溫度：上段440℃，下段475℃；操作壓力：0.2MPa，平均操作溫度：460℃（上段430℃，下段490℃）。該焦炭塔在運(yùn)行中，每隔48小時(shí)壓力和溫度變化一次，內(nèi)部介質(zhì)為焦化富氣、汽油、柴油、蠟油、石油焦、水和水蒸汽。該焦炭塔自投入運(yùn)行以來(lái)，在多年的運(yùn)行中鼓脹變形嚴(yán)重，且工況惡劣，對(duì)其運(yùn)行的安全構(gòu)成了威脅。圖1變形的焦炭塔塔體圖2塔體上的表面裂紋24#塔體直徑及高度測(cè)量塔體筒節(jié)內(nèi)徑的測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，筒節(jié)高度的測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。筒壁編號(hào)及變形情況示意見(jiàn)圖3。表14#焦炭塔筒節(jié)內(nèi)徑Di6在役焦炭塔筒體鼓

3、脹變形分析表24#焦炭塔筒節(jié)高度H從表1及表2中的測(cè)量結(jié)果可以看到4#焦塔塔節(jié)徑向鼓脹變形量在逐漸增大，而且筒節(jié)高度也發(fā)生了明顯傾斜性變化，4#焦炭塔確已發(fā)生了比較嚴(yán)重的變形。圖34#焦炭塔筒節(jié)編號(hào)及變形示意圖外觀檢查發(fā)現(xiàn)，最大錯(cuò)邊量：縱縫3.0mm，環(huán)縫4.0mm；最大棱角：縱縫5.0mm，環(huán)縫6.0mm；局部變形凸凹量：230mm。布點(diǎn)測(cè)厚共測(cè)178點(diǎn)，筒體壁厚最小值為33.4mm，最大值為36.1mm；封頭壁厚最小值為33.1mm，最大值為33.5mm。腐蝕檢查表明，未見(jiàn)明顯腐蝕。3無(wú)損檢測(cè)及結(jié)果6在役焦炭塔筒體鼓脹變形分析3.1滲透檢查在變形較大外

4、壁的三道環(huán)縫中，在沿焊縫兩側(cè)均查出整圈的表面裂紋，另兩道環(huán)縫上也查出了長(zhǎng)度十分嚴(yán)重的表面裂紋；另外在塔體內(nèi)壁上，也查出一些表面龜裂裂紋，其中最長(zhǎng)一處裂紋尺寸為50mm。3.2射線(xiàn)探傷在有條件的位置合計(jì)拍片總數(shù)共408張，其中環(huán)縫358張，縱縫50張，裂紋片120張。3.3超聲波探傷由于滲透探傷和射線(xiàn)探傷查出的裂紋缺陷極其嚴(yán)重，考慮到費(fèi)用及時(shí)間因素，故決定采用超聲波方式對(duì)沒(méi)作滲透和射線(xiàn)檢查的其余焊縫進(jìn)行探傷，又查出了數(shù)量可觀的新裂紋缺陷。后經(jīng)返修打磨證實(shí)，經(jīng)本次超聲波探傷內(nèi)壁環(huán)縫13道，共計(jì)發(fā)現(xiàn)73處超標(biāo)性缺陷，所確定的超標(biāo)缺陷100%皆為裂紋性缺陷?？v焊縫

5、上也查到了超標(biāo)缺陷。4金相顯微組織分析4.1金相組織分析對(duì)4#焦炭塔鼓脹變形嚴(yán)重的下錐體、第一至第五筒節(jié)的塔壁母材及其相鄰的焊縫作了金相組織分析。母材組織：鐵素體+珠光體焊縫組織：魏氏體或鐵素體+珠光體熱影響區(qū)組織：粗大魏氏體晶粒度：6級(jí)部分筒體母材組織出現(xiàn)珠光體球化，球化級(jí)別為4級(jí)或3級(jí)。4.2表面裂紋檢驗(yàn)和其附件金相組織分析從第四道環(huán)焊縫外表面裂紋明顯處挖取試樣，對(duì)其表面裂紋的側(cè)面形貌、裂紋附近的金相組織及裂紋的深度進(jìn)行了分析和測(cè)定。圖4分別是一條表面裂紋的不同區(qū)段、不同放大倍數(shù)的圖像。另外，也對(duì)焊縫表面的夾渣缺陷也作了放大觀察。表面裂紋的深度較小，實(shí)

6、測(cè)為0.68mm?？紤]打磨的厚度，該表面裂紋的深度估計(jì)約為1.0~1.5mm，屬較淺的裂紋。從圖像可明顯看到，裂紋是由外壁表面啟裂后，沿著垂直于壁厚的方向往內(nèi)壁擴(kuò)展的，從微觀組織上可看是典型的穿晶式擴(kuò)展形貌，這應(yīng)屬于疲勞裂紋擴(kuò)展的典型形貌。呈黑色的裂紋兩側(cè)組織應(yīng)為高溫（500℃）下金屬被氧化后得形貌。圖4不同放大倍數(shù)下裂紋形貌6在役焦炭塔筒體鼓脹變形分析圖5基體組織（晶粒度：8.5級(jí)）圖6焊縫及熱影響區(qū)組織形貌圖5和圖6分別為材料外壁的母材、焊縫和熱影響組織。母材為鐵素體+珠光體；焊縫為鐵素體+珠光體；熱影響區(qū)為魏氏體（網(wǎng)狀）、母材晶粒度8.5級(jí)，未見(jiàn)到珠

7、光體球化現(xiàn)象。金相組織為正常組織。5硬度測(cè)定焦炭塔的硬度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)下表3。表3焦炭塔硬度測(cè)量結(jié)果從表3中結(jié)果可見(jiàn)，焦炭塔塔體材料長(zhǎng)期在500℃條件下運(yùn)行，其母材、焊縫、熱影響區(qū)的硬度都屬正常范圍。6斷裂安全分析6在役焦炭塔筒體鼓脹變形分析檢查出了相當(dāng)數(shù)量的表面龜裂裂紋及多條環(huán)焊縫附近存在著極其嚴(yán)重的表面裂紋，金相檢查表明，微觀組織正常。雖發(fā)生了珠光體球化現(xiàn)象，球化級(jí)別已達(dá)到4級(jí)，判為合格。4級(jí)球化對(duì)材料的性能只有不大的不良影響；另外，硬度測(cè)定結(jié)果正常。7塔體變形分析4#焦炭塔經(jīng)過(guò)多年時(shí)間運(yùn)行后，下部筒體已發(fā)生了比較嚴(yán)重的膨脹變形，位于下面二、三、四節(jié)變形較

8、嚴(yán)重。所有測(cè)定結(jié)果充分說(shuō)明4#焦炭塔下部塔體一次比一次更加明顯的鼓