化工设备的失效分析

化工设备的失效分析

1、失效的定义

一件产品失去了原有的使用效能，就称为失效。

2、化工设备失效的后果特点

1）设备报废

2）停工、停产

3）易燃易爆介质泄漏造成爆炸和火灾造成生命和财产损失4）有毒气体泄漏造成人员伤亡和环境污染

3、失效分析的主要目的

1）找出导致失效发生的主要原因

2）提出具有明确针对性的技术改进措施和建议，避免失效的再次发生

3）提升制造、使用及管理水平

4、失效分析的一般程序

1）现场调研与取样

查阅设计图纸、制造资料、检验资料等，了解实际工艺条件、实际操作情况（温度、压力及稳定性）、失效现场情况，根据可能需要进行的分析项目确定取样部位及大小等（针对开裂失效），对发生爆炸的要进行仔细的现场碎片收集工作，判断起爆点

2）无损检测

确定取样部位缺陷分布情况（磁粉、渗透（含有氯，会对断口造成污染，尽量不用）、超声等）

3）理化检验-判定原材料质量及材质劣化情况

化学成分分析、力学性能试验（拉伸、冲击、弯曲、硬

度等）、金相分析（夹杂物、晶粒度、金相组织、裂纹金

相等）、

4）断口分析（断口保护）

宏观断口——用肉眼、放大镜、立体显微镜等对断口宏

观形貌进行观察与分析，确定断口宏观特征（脆断或塑

性断裂），确定启裂点（变形最小部位）

微观断口——用扫描或透射电子显微镜确定断口不同区

域的微观断裂机理及特征（韧窝、准解里、解理、沿晶、

疲劳、腐蚀疲劳等）

5）腐蚀产物分析（主要针对可能是应力腐蚀失效的断口）分析设备器壁和断口上腐蚀产物的元素组成或物相结

构，确定最有可能导致应力腐蚀的阴离子性质。

6）综合技术分析

根据前面所有的试验分析结果进行综合技术分析，确定失效原因（分清主次）

7）根据分析结果提出改进措施

5、化工设备失效的主要原因

1）设计不当（选材、结构不合理—应力集中等）

2）制造质量问题（冷、热加工及检验）

3）操作不当（超温、超压、频繁开停车、介质波动等）6、化工容器及管道的缺陷主要类型

1）制造缺陷

a、钢板原材料冶金缺陷——分层、折叠、表面裂纹等

锻件内部缺陷——疏松、脱碳、过热过烧、折叠、裂

纹等

b、加工不当（成型、焊接、热处理等）

成型——温度过高（金相组织及性能变化）、机械损伤

焊接缺欠——气孔、夹渣、未熔合、未焊透、咬边、裂

纹、未焊满等

焊接裂纹——冷裂纹：400℃出现，主要是氢致延迟开

裂（三个条件：扩散氢、拉应力、敏感的淬

硬组织），强度越高越容易产生（Pcm、Ceq），

一般出现在焊接热影响区的过热区、偶见于

焊缝金属中，穿晶特征

热裂纹：焊接过程中在高温阶段产生的开裂现象，多在固相线附近发生，主要有凝固裂纹、液化裂纹、

高温失延裂纹。

凝固裂纹的形成原因：拉应力较大、存在较多的

低熔点夹杂物等

影响热裂纹的因素：冶金、工艺

出现部位：焊缝金属

热裂纹的特征：沿晶（柱状晶）开裂

再热裂纹：焊后对焊接接头再次加热时所产生的开裂现

象。

开裂机理：晶界弱化、高温松弛应变大于蠕变塑性。

再热裂纹开裂前提：残余应力、敏感组织

裂纹特征：粗晶区的沿晶开裂。

2）在用缺陷

材质劣化——金相组织及力学性能发生改变，严重的已

不能满足使用要求。

a）脆化：Cr-Mo钢的回火脆化、铁素体不锈钢的脆化、高碳奥氏体钢的高温脆化、再热脆化

b）珠光体球化与石墨化

c）氢腐蚀

d）高温蠕变

7、化工容器典型的破坏形式

(1)爆炸事故性质及过程的判断

①容器在工作压力下破裂

即容器在工作压力下的应力超过了材料的屈服极限、强度极限或工作应力低于屈服极限两种情况,后者称为低应力破环。

②容器超压发生破裂

容器超压爆炸往往是指容器内的压力或夹套压力较多的超

过工作压力而发生的物理性爆炸。

③容器内化学反应爆炸

容器内化学反应爆炸是指发生不正常的化学反应,使气体体积增加或温度剧烈增高致使压力急剧升高导致的容器破裂。

④容器破裂后的二次空间爆炸

容器破裂后的二次空间爆炸,是指盛装易燃介质的容器在其破裂后,器内逸出的易燃介质与空气混合后,在爆炸极限范围内又发生的第二次爆炸。

(2)破裂型式的鉴别及其事故预防

①韧性破裂

破裂容器发生明显变形

断口呈暗灰色纤维状，并呈单边45度或V形剪切

C 容器一般不是碎裂

D 容器实际爆破压力接近计算爆破压力

要防止压力容器发生韧性破裂事故,关键在于保证容器在任何情况下受压元件的应力要低于器壁材料的屈服极限

②脆性破裂

容器没有明显的伸长变形

裂口齐平、断口呈金属光泽的结晶状

容器常破裂成碎块

破坏时的实际应力较低

破坏多数在温度较低的情况下发生

从大量的压力容器脆性破裂事故的分析可以看出,造成脆断的主要因素是材料的韧性低。容器物件中焊缝残佘应力和工作应力的叠加,使实际应力超过材料的屈服极限；按断裂力学观点,在较大残余应力条件下,裂纹附近的应力强度因子大于材料的断裂韧性时,将导致容器的脆性破裂。因此,容器制造过程中,如冷加工变形、组装过程中,尤其是焊接中应尽力减少残佘应力和消