联合压缩机螺栓断裂失效分析

有效的解决方案。 关键 词 ： 压缩机 ； 螺栓 ； 氢致开裂； 解决方案 中图分类号 ：Ｑ ５ ． Ｔ ０５８ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ：６ ３— ２ ５ ２ ０ ）５— ｏ４— ０ １７ ５ ８ （０ ６ ０ ０ ６ ０ ３
长庆油 田分公 司甲醇厂是 长 庆油 田第一个 天 然 气 循环气混合后 ， 再一起进行压缩 。该机组采 用两个进 化工 生产 企业 。生 产 能力 为 工业 用 甲醇 ｌ 吨／ 。 口一个出 口的工艺流程。该设备 自 １９ 年 ｌ ０万 年 ９８ ０月开厂 由美 国德 兰塞兰 （ ｒｓｅ —ｒｎ ） 司 生产 的联 合 压 缩 投 用 至 ２０ 年 ２月 均运 行正 常 。但 自 ２０ Ｄｅｓｒ ａｄ 公 ０１ ０ １年 ２月 以
收稿 日期 ：０ ６－ ８－ ４ ２０ ０ ２
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石 油化 工应 用
２０ ０６年 第 ５期
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发现： 一级隔板从导叶上脱落 ， 内筒体剖分面大部分螺 栓及各级隔板与导叶定位螺栓在拆卸时全部断裂 。从
导叶上脱落后的一级隔板 ， 与一级叶轮的背面相碰 ， 造 成了定子与高速旋转 的转子之间相互摩 擦 ， 导致压缩 机振动值逐渐增大。所 以隔板螺栓断裂是造成压缩机 振动值增大 的根本原 因， 我们立 即对断裂螺栓进行 了 检验 ， 并分析断裂原因， 采取了改进措施。
机是 甲醇生产装置 中的关键设备 ， 型号 Ｄ Ｒ Ｓ 为径 向 来压缩机进气、 ８６： 排气端径向轴承的振动值逐渐增大 ， 由 剖分离心式压缩机 。该压缩机 由蒸汽透平驱 动， 机体 正常运转 时 １ ．３ ｍ 这一平 均值逐 渐增大 至３ ．３ ０ ２Ｉ ｘ ２ ３
内有 ６ 叶轮 ， 中前 ５级 用来 压缩 由转 化 系 统 来 的 Ｉ 压缩机排气端径向轴承垂直振动值 Ｖ ７ １ 级 其 ｘ ｍ， Ｔ一 ０ Ｙ最
表 １ 化学成分测定值 化学成分 Ｃ Ｃ ｒ Ｍｏ Ｍ ｎ Ｓ ｉ Ｐ Ｓ
测 定值 （ ）０ ３ ０ ９ ０ １ ０ ６ ０ ２ ００ ４ ．０ ％ ５ ．２ ．７ ．３ ．６ ２ ０ ０７
Ｃ ０ Ｃ ０．
Ｎ ． １ ．９ ２ １
２． ８ １ ３． ４４
ｃ 。 Ｉ
∞ ｆ
—
０ Ｉ Ｉ
０ Ｉ Ｉ
ｔ－ ＂ － ；
ｃ 。 Ｈ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ
Ｎ
Ｉ ∞
ｃ 。 Ｉ ∞
Ｉ
∞
ｔ 。 Ｈ Ｉ
∞
时 间 （ 一天 ） 月
图 １ 压 缩 机 振 动 曲 线
该振动 值 的报警 值为 ４ ． ｍ， ９５ 跳车设定 值 为 ６ ｉ 。２０ 年 ５ １ｍ ０１ ． ￣ 月被迫停机进行检查。解体检查 中
１４ 金相分析 ．
的粒状渗碳体， 是典型的回火索 氏体组织 （ 图 １ ， 见 ） 晶 粒细小呈弥散分布。螺栓经抛光态观察 ， 根据 Ｙ ２ Ｂ ５—
７ 评定 氧化物夹杂为 Ｉ ， 化物的夹杂小于 Ｉ 。 ７ 级 硫 级 这说明螺栓本身在材料及冶金方面没有缺陷。 １５ 断口分析 ． 取断裂螺栓试样 ４件在扫描电镜下
螺栓的脆性断裂 ， 即在一定的拉应力作用下 ， 缺陷尖端
塑性变形区形成 了三向拉应力场 ， Ｈ 在螺栓表面分解 成原子氢而进入金属。当氢在应力场扩散氢 量 Ｃ 达 到引起此类缺陷开裂的临界 氢浓度 Ｃ ｒ 铁 晶格原 ｅ 时， 子结合力降低而脆化。Ｃ ＝Ｃｒ ｅ 时开始氢裂 ， ＞ ｅ Ｃ Ｃｒ 时裂纹扩展。此外 ， 有关 Ｃ —Ｍ ｒ ｏ钢氢致开裂 实验表
转化气 ， 压缩后的气体到达第 ６级后与合成系统来的 高时达到 ３ ．９Ｉ 压缩机振动趋势如图 １ ９ ３ ｍ， ｘ 所示。
４５ ４ Ｏ ３ ５
∞ Ｉ
…
０ Ｉ Ｉ
０ ∞ Ｉ
—
㈨
∞ ｆ
０ Ｉ ｆ Ｉ
…
∞ Ｉ
∞ ｊ
ｆ —
螺栓所处 的工作 定该螺栓材质 各成分 的含量 工艺气体为转化气和循环气 ， 两种气体的压力 、 温度及
见表 １ 。经化 学成分确定 ， 螺栓 材质 中国牌号 为 ： 气体成分见表 ３ 该 。
３ Ｃ Ｍｏ ５ ｒ 。
表 ３ 转 化 气 、 环 气 性 质 循
９． ２ ７
Ｏ Ｏ ．８
５． ７２
Ｏ １ ７
ＣＨ４
Ｈ． ０３ ． ２— ０ ８ ． ０— ０ １ ． ５— ０ ４ ． ０— ０ １ ． ７—
１ ．０ ８９
７ １ ５． ６ Ｏ １ ．５
７ ９ ２２
３ＣＭ ５ ｒｏ
０ ４ ．０ １ １ Ｏ ２ ．Ｏ ．５ ０７ ．０ ０ ３ ７
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２０ ０６年
第 ５期
联合压缩机螺栓断 裂失效分析 ¨
余 炜
（ 中国石油长庆油田分公 司甲醇厂 陕西靖 边 ７ ８０ ） １５ ０
摘
要： 联合压缩机 是 甲醇生产中的关键设备 ， 通过对其机 体 内部螺栓断裂原 因进行分析 ， 认为该螺栓断裂为氢致开裂 ， 采取 了 并
≤Ｏ ０ ５≤Ｏ ０ ５ ．３ ３
Ｃ Ｏ Ｈ３ Ｈ
无
从表 ３ 可以看 出， 螺栓这一 受力件 是在富含氢的
１３ 硬度实验 ．
为 Ｈ Ｃ ８～３ 。 Ｒ３ ９
取样进行硬度实验， 螺栓 的洛氏硬度
环境中工作的。
综合以上检验结果 分析认为 ， 该螺栓 断裂是 由外
组织特征为铁素体基体 ＋细而均匀 氢（ 环境氢） 导致的氢脆 ， 即氢 致开裂 。 目前对氢脆 机 理 尚有不同认识 ， 可以用 晶格弱化机制理论来解 释该
１ 断裂分析
图 １
１ １ 断口形貌分析 裂纹均始 于螺纹根部 ， 口平 状 向另一侧快速扩展 ， ． 断 起始 区和扩展 区断 口的微观特 齐， 属典型 的脆性 断裂， 宏观上看 不 出螺栓 发生塑性 征 为沿 晶特征 ， 晶界开裂 的二次 裂纹 明显可 见 。
变形 。
１６ 螺栓所处 的工作环境 ．