站用天然气钢瓶的失效原因分析及提高钢瓶抗硫化氢应力腐蚀的措施(一)
责任编辑：cnlng 浏览：14341次 时间： 2008-08-03 10:13:51
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摘要: 1. 概述 站用钢瓶自94年9月至97年7月先后在四川6个加气站发生8只钢瓶爆破失效事故。 上述8只失效钢瓶中，有4只已作断口分析。其中两只由于未发现宏观缺陷，因此，分析者根据爆破特征明确判定其为氢致裂纹引起钢瓶失效。另两只由于发现断口内壁存在宏观缺陷..
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1. 概述 站用钢瓶自94年9月至97年7月先后在四川6个加气站发生8只钢瓶爆破失效事故。 上述8只失效钢瓶中，有4只已作断口分析。其中两只由于未发现宏观缺陷，因此，分析者根据爆破特征明确判定其为氢致裂纹引起钢瓶失效。另两只由于发现断口内壁存在宏观缺陷，因此分析者在报告中虽然陈述了与前面两只瓶爆破相同的特征，但却得出缺陷引起应力集中，应力集中造成钢瓶开裂，裂纹在应力的作用下扩展，直至爆破的定性结论。 钢瓶存在这样那样的缺陷(类裂纹)是绝对的，有缺陷就会引起应力集中也毋庸质疑，但有缺陷，有应力集中是否就一定会引起裂纹扩展，这个问题只有对具体对象的材料、工作介质、应力特征、缺陷大小等进行分析后才能得出正确的结论。 由于分析者在报告中以及对分析报告的解释中没有对应力集中引起裂纹扩展作必要的定性定量分析，因此报告中所作的应力集中是钢瓶致爆的原因的结论不能使人信服。下面就钢瓶缺陷是否是钢瓶致爆原因试作定性定量分析，以期找出钢瓶的真正致爆原因。 2. 钢瓶的爆破特征 通过爆破现场调查和对失效钢瓶的断口分析，钢瓶爆破具有如下特征。 2.1 钢瓶属低应力爆破，钢瓶设计工作压力25MPa，实际工况是在交变载荷下工作，交变载荷的上限为25MPa，无超载现象：交变载荷的下限为8MPa～15MPa，交变频率在5次～6次／日的范围内。钢瓶爆破时的压力均未超过工作压力。 2.2 运行时间短。钢瓶从安装投入使用到爆破失效的时间最长的为1.043天(其中包括定期检验时间)，最短的只有115天。 2.3 钢瓶材质常规检查符合标准要求。钢瓶选材35CrMo，失效钢瓶化学成份分析符合GB3077标准规定。机械性能σb在930N／mm2～1157N／mm2，之间，σS在820N／mm2～1040N／mm2之间，δ5≥14％，ak(V型缺口，-50℃)在70J／cm2～110J／cm2之间，均符合设计规定。金相组织、晶粒度、脱碳层深度、非金属夹杂、带状、魏氏组织经检测，也基本符合标准要求。 2.4 开裂、起爆位置一致。钢瓶的安装形式均为水平卧放，无论爆破、或开裂漏气的钢瓶，其失效部位无一列外地都在平卧钢瓶的下方。 2.5 起裂点的断口为脆性断裂，无明显塑性变形。钢瓶爆破后几乎展平，其中起爆点的断口在20mm～120mm范围内与环向应力方向垂直，断面较平整，无明显塑性变形，其余为45o剪切断口。断口用肉眼和10倍放大镜观察五金属缺陷。测量起爆点的壁厚均大于设计壁厚。 2.6 瓶内存在水和硫化物。失效钢瓶内壁均有黑色粉未存在，与HNO3水溶液接触产生刺鼻气味，证明有硫化物存在。经射线能谱分析和射线衍射分析，其元素包括Ca、Si、S。在现场的未爆瓶中均发现有水和上述物质存在。未倒出水的瓶中，有潮湿的黑色粘稠物存在，倒出水的水中有黑色粉末沉淀。水质进行H2S测定，其H2S含量最小为312mg／m3，多者达793700mg／m3。 2.7 瓶内壁发现有腐蚀痕迹，断面有“之”字裂纹和“二炊裂纹”。经断口微观分析，发现瓶内壁有腐蚀麻坑存在，断口上发现有"之"字裂纹，断口内表面侧沿轧制方向也有裂纹存在。 3. 钢瓶致爆原因分析 钢瓶的破裂有韧性破裂，脆性断裂、疲劳破裂、腐蚀破裂和蠕变破裂五种基本型式。无论那种破裂形式，都与钢瓶的材料强度、工作温度、应力情况、缺陷尺寸以及工作介质有关。为了弄清钢瓶的破裂形式，首先对钢瓶的基本参数及工况等有关情况介绍如下。为分析方便，本文将有缺陷的两只钢瓶(本文主要研究分析对象)分别命名为A瓶和B瓶。 3.1 钢瓶基本参数见表3-1 表3-1 钢瓶基本参数
3.2 断口内壁宏观缺陷尺寸及爆破失效时的压力见表3—2 表3—2 钢瓶缺陷尺寸爆破失效压力
3.3 钢瓶载荷及工作温度见表3-3 表3-3 钢瓶载荷及工作温度
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