Redukcinio trišakio korpuso nesandarumo priežasties analizė

Redukcinio trišakio korpuso nesandarumo priežasties analizė

Gamtinių dujų valymo įrenginyje įvyko nuotėkio gedimas mažinantis trišakis kūnas. Neardomieji bandymai, fizinė ir cheminė apžiūra, metalografinė analizė ir energijos spektro analizė buvo naudojami analizuojant gedimo priežastis. nesandarios vamzdžių jungiamosios detalės. Rezultatai rodo, kad trišakis buvo netinkamai kontroliuojamas liejimo proceso metu, todėl, veikiant ašiniam slėgiui, vidinis paviršius deformavosi išilgai pagrindinio vamzdžio radialinės krypties, o perėjimas tarp atšakos vamzdžio ir pagrindinio vamzdžio buvo banguotas ir iškilęs, vidiniame paviršiuje atsirado įtrūkimų, o įtrūkimai išaugo ir išsiplėtė, suformuodami prasiskverbiančius įtrūkimus. Galiausiai atliekant slėgio bandymą triko nepakankamai atlaiko slėgį, ir įtrūkimas atsiranda įtrūkimo vietoje.

0. Įvadas

Nafta ir dujos naftos chemijos gamyboje transportuojamos įvairių tipų vamzdynais. metalinės medžiagos ir skirtingų konstrukcinių formų. Vamzdynų sistemos, kurią aptarnauja vamzdžių jungiamosios detalės šiuose vamzdynai paprastai būna didesnis nei 0,1 Mpa. Tarkime, kad yra rimtų gamybos defektų arba itin atšiaurios terpės šveitimo korozija ir kiti naudojimo veiksniai. Tokiu atveju gali kilti gaisras arba sprogimas, o tai lemia didžiulius ekonominius nuostolius ir neigiamą socialinį poveikį. Todėl eksploatuojant slėginių vamzdynų procesas gabenant degius produktus, būtina tam skirti daug dėmesio, griežtai įgyvendinti atitinkamų nacionalinių standartų reikalavimus, laiku aptikti ir pašalinti pagrindinius vamzdynas dpoveikisir veiksmingai užkirsti kelią vamzdyno gedimas nelaimingų atsitikimų.

1. Nesėkmės apžvalga

2019 m. kovo mėn. įvyko nuotėkio avarija naftos telkinio gamtinių dujų valymo įrenginyje naudojamame redukciniame trišakyje. Trišakio specifikacija yra DN100/DN65, medžiaga - L245NS, o jo gamybos standartas - GB/T 13401-2017 "Plieninių sandūrinio suvirinimo vamzdžių jungiamųjų detalių techninė specifikacija". Nuotėkis atsirado pirmą kartą montuojant trišakį per bandomąjį slėgį, didžiausias bandomasis slėgis - 0,7 MPa, o tikslinis slėgis - 6,8 MPa. Po nuotėkio lauko darbuotojai pažymėjo nuotėkio vietą, tada ją išardė ir pakeitė, o trišakio mėginių nuotėkis buvo nusiųstas bandymų organizacijai gedimo priežasčiai ištirti.

2. Makroanalizė ir įsiskverbimo testavimas

Nesandaraus trišakio išorinis paviršius padengiamas juodų dažų sluoksniu; pagal ant dažų paviršiaus likusias gelsvai rudas vandens žymes iš pradžių nustatoma, kad įtariama slėgio nuotėkio vieta yra trišakio atšakos vamzdžio ir pagrindinio vamzdžio perėjimo zonoje, kuri vietoje poliruojama elektriniu šlifavimo ratuku, atskleidžiant išorinės sienelės metalinį blizgesį. Vis dėlto jokių išvaizdos defektų nenustatyta.
Norint toliau nustatyti nuotėkio vietą, atliekant trišakio paviršiaus įsiskverbimo neardomąjį bandymą nustatyta, kad poliruoto trišakio atšakos vamzdžio ir pagrindinio vamzdžio perėjimo zonoje yra plika akimi matomas uždaras įtrūkimas, kurio ilgis yra apie 40 mm, įtrūkimo vieta yra hidraulinio nuotėkio defektų vieta.

Vėliau nesandarus trišakis buvo perpjautas išilgai pagrindinio vamzdžio ašine kryptimi, lygiagrečiai su pagrindiniu vamzdžiu, o vidinė sienelė buvo išvalyta nuo korozijos. Vidiniame trišakio paviršiuje matyti akivaizdūs apdirbimo pėdsakai; perėjimas tarp atšakos vamzdžio ir pagrindinio vamzdžio matomas akivaizdžiose apdirbimo pjovimo žymėse kampinėje sąsajoje, priklausančioje ne apskritimo lanko perėjimui, kur atšakos vamzdžio vidinė sienelė yra banguota įgaubta-išgaubta rudos vienodos korozijos morfologijos mutacija, o jos mažo galingumo morfologija parodyta 1 ir 2 pav.

1 pav.1 Skverbties defektų pėdsakai ant nesandaraus trišakio išorinės sienelės

2 pav.2 Mažos galios vidinės sienelės morfologija trišakio nuotėkio vietoje

3. Fizikinių ir cheminių savybių bandymas

3.1 Cheminės sudėties analizė

Mėginiai paimti pagrindinėje trišakio dalyje pagal GB/T 4336-2016 standartą, cheminės sudėties analizei atlikti naudotas tiesioginio nuskaitymo spektrometras ARL4460, rezultatai pateikti 1 lentelėje. Cheminės sudėties analizės rezultatai rodo, kad, be elemento Mn, kitų elementų kiekis atitinka standarto GB/T 13401-2017 reikalavimus.
1 lentelė Cheminės sudėties analizės rezultatai (masės dalis) %

Pavyzdžio numeris	Vamzdžio korpusas	GB/T 13401-2017 Reikalavimai
C	0.1	≤0.30
Si	0.29	≥0.10
Mn	1.26	0.29-1.06
P	0.008	≤0.030
S	<0.002	≤0.030
Cr	0.042	≤0.40
Mo	0.023	/
Ni	0.022	≤0.40
Nb	0.027	/
V	0.052	/
Ti	0.003	/
Cu	0.048	0.4
B	0.001	/
Al	0.033	/

3.2 Brinelio kietumo bandymas

Mėginiai buvo paimti iš pagrindinės dalies ir išbandyti Brinelio kietumo matuokliu BH3000 pagal ASTM E10-18 standarto reikalavimus. Kietumo bandymo rezultatas yra HBW145, o rezultatas atitinka GB 13401-2017 standarto reikalavimus.

3.3 Metalografinė analizė

Paimkite metalografinės analizės pavyzdį iš kompetentingos dalies pagal GB/T 13298-1991, GB/T 10561-2005, GB/T 4335-2015, GB/T 6394-2002 standartus, naudodami MEF4M metalografinę analizę su MEF4M metalografiniu mikroskopu ir vaizdo analizės sistema, pagrindinio vamzdžio korpuso organizacija yra granuliuotas bainitas + feritas, grūdelių dydis 9,5, vamzdžio korpuso metalografinė organizacija parodyta 3 paveiksle.

Pav.3 Pagrindinio vamzdžio korpuso organizavimas

Išilgai vertikalios įtrūkimo plėtimosi krypties, kad būtų galima atlikti bandinių metalografinę analizę. Paimkite bandinį su įtrūkimo galu, nupoliruokite jį švitriniu popieriumi, stebėkite šviesiniu mikroskopu ir nustatykite, kad įtrūkimas daugiausia plečiasi palei įdubimo apačią vidinės sienelės įgaubtosios ir išgaubtosios sandūros srityje. Plyšio plėtimosi kryptis yra palyginti tiesi, jo viršūnė yra suapvalinta ir neryški, o plyšį užpildo pilka medžiaga. Po ėsdinimo azoto rūgšties ir alkoholio tirpalu matricos organizacija buvo feritas ir perlitas. Ferito organizacija buvo aplink įtrūkimo kraštą ir viršūnę, su akivaizdžiu dekarburizacijos reiškiniu. Bandinio vietinė organizacija išilgai sienelės storio kryptimi yra nedidelė deformacijos morfologija, atidžiai stebėta netoli vidinio sienelės paviršiaus sluoksnio organizacijos, mikroskopuojant galima pamatyti daugiau nei vieną beveik lygiagrečiai ašinei krypčiai atšakos vamzdžio krypčiai mažų mikroįtrūkimų, įtrūkimo ilgis mažesnis arba lygus 0,3 mm faktiniam ilgiui, įtrūkimai įterpti su daugybe pilkų medžiagų. Įtrūkimai ir jų išsidėstymas pavaizduoti 4-8 paveiksluose.

4 pav.4 Mažai padidinta įtrūkimų morfologija ir metalografinis mėginių ėmimo vietos žemėlapis

5 pav.5 Bandinio skerspjūvio įtrūkimų morfologija

6 pav. Įtrūkimai ir intarpai įtrūkimų viduje

7 pav.7 Matricos audinio dekarburizacija aplink įtrūkimus

8 pav.8 Įtrūkimų defektai netoli vidinio paviršiaus sluoksnio

4. Energijos spektro analizė

Įtrūkimo įdėklas buvo analizuojamas XFORD INCA350 energijos spektro analizatoriumi, o jo energijos spektro analizės kreivė parodyta 9 pav. Kaip matyti 9 pav., įtrūkime įterptoje pilkoje medžiagoje gausu Fe ir O elementų, t. y. geležies oksido.

9 pav.9 Įtrūkių viduje esančių nemetalinių medžiagų energijos spektro analizės kreivė

5. Išsami analizė

Atliekama nuotėkio trišakio cheminės sudėties analizė ir Brinelio kietumo bandymas. Bandymų rezultatai rodo, kad nuotėkio trišakio Brinelio kietumo bandymo rezultatai atitinka GB 13401-2017 standarto reikalavimus, o Mn kiekis cheminėje sudėtyje neatitinka standarto reikalavimų. Metalografinės analizės rezultatai rodo, kad pagrindinė vamzdžio korpuso organizacija yra granuliuotas bainitas + feritas + perlitas.
Atlikus skverbties bandymą ir metalografinę analizę paaiškėjo, kad trišakio sandarumas atsiranda dėl įtrūkimų per visą sienelės storį, esančių perėjimo tarp jo atšakos ir pagrindinio vamzdžio vietoje. Mažo didinimo morfologinis stebėjimas rodo, kad trišakio vidinio paviršiaus sluoksnio organizavimas mikroskopu turi akivaizdžių deformacijos požymių išilgai pagrindinio vamzdžio radialinės krypties, makroapdoroto atšakos vamzdžio ir pagrindinės perėjimo dalies vidinės sienelės vietos metalo. Galima nustatyti staigų bangos įgaubtumo-išgaubtumo reiškinį kartu su trišakio liejimo proceso ypatybėmis; taip yra dėl to, kad trišakio liejimo proceso kontrolė nėra tinkama, t. y. trišakio atšakos vamzdžio liejimo etape trišakio ruošiniai, esant nenormaliai suderintam vidiniam slėgiui ir ašiniam įtempiui, susidaro dėl nesuderinto ašinio įtempio vaidmens, veikiant nekoordinuotai deformacijai ir formavimuisi. Mažos galios analizė rodo, kad trišakio nuotėkio taško įtrūkis kyla iš įgaubtosios banguotos mutacijos dalies vidiniame trišakio paviršiuje, įtrūkis užpildytas dideliu kiekiu pilkos medžiagos, o audinys abiejose įtrūkimo krašto pusėse yra tipiškos dekarbonizacijos morfologijos, kuri aiškiai skiriasi nuo likusios trišakio matricos audinio. Apibendrinant galima teigti, kad daugybė įtrūkimų nuotėkio zonoje atsirado prieš galutinį gatavo trišakio terminį apdorojimą, t. y. įtrūkimai atsirado trišakio formavimo etape. Kai trišakyje yra įtrūkimų, jo tolesnis įprastas terminio apdorojimo procesas dėl to, kad kaitinimo temperatūra paprastai viršija normalizavimo temperatūrą, yra oksidacinėje atmosferoje, kurioje yra įtrūkimų, trišakis krosnyje ilgai laikomas, įtrūkimai abiejose paviršiaus pusėse yra palyginti šiurkštūs, oksidacinis sluoksnis yra palyginti laisvas anglies atomų pagrindiniame korpuse per difuzijos mechanizmą, bus su krosnies aukštos temperatūros atmosferos deguonies atomų toliau vyksta oksidacijos reakcija, kartu su anglies dioksido susidarymu ir išsiskyrimu, todėl jo vietinis audinys išsilydo. Ji buvo išlaisvinta, dėl to įvyko vietinė dekarbonizacijos organizacija ir galiausiai susidarė stebimas dekarbonizacijos sluoksnio reiškinys.
Rentgeno spindulių spektroskopijos analizė rodo, kad įtrūkimuose esančios pilkos medžiagos yra geležies oksidai, kartu su aplink įtrūkimus esančios organizacijos dekarburizacijos savybėmis, o tai taip pat rodo, kad įtrūkimuose esantys oksidai susidarė aukštos temperatūros trišakio aplinkoje gamybos proceso terminio apdorojimo etape.
Trišakio gedimas naudojant šalto išspaudimo liejimo metodą gamybos gamybos šalto formavimo procese, trišakio atšakos vamzdis yra pritvirtintas prie pagrindinio vamzdžio galų ir aukšto slėgio poveikio vidinės sienelės, kad pagrindinis vamzdis ant metalo išorinėje pelėsių formoje būtų susietas su atšakos vamzdžio pelėsių srautu ir formavimu. Trišakio vamzdžio šaltojo išspaudimo formavimo procesas yra plastinė metalinių medžiagų apdirbimo proceso deformacija; šio proceso metu medžiaga dėl palyginti trumpo laikotarpio intensyviai deformuojasi, atsiranda vidinių dislokacijų plitimas, dislokacijų susipainiojimo ir tinklelio iškraipymo judėjimas, dėl to atsiranda šaltojo grūdinimo reiškinys, todėl medžiagos kietumas, vidinis įtempis smarkiai padidėja, kietumas sumažėja, šį kartą net ir mažesnės išorinės apkrovos sąlygomis taip pat atsiranda jos nestabilumo įtrūkimų. Pagal šalto išspaudimo trišakio liejimo proceso charakteristikas galima matyti, trišakio atšakos vamzdžio metalas visas iš tuščio vamzdžio metalo, jo pagrindinis vamzdis ir atšakos vamzdžio perėjimo regionas metalas sukels didelę deformaciją; trišakio liejimo procesas, atvirkštinis metalo srauto linijos srautas šiame susitikime arba kryžminis, medžiagų organizacijos tęstinumas žaliavų mažesnis, tuo pačiu metu, deformacijos proceso medžiaga dėl to, kad sukelia didelę plastinę deformaciją ir grūdinimo deformaciją, todėl medžiaga per didesnius vidinius įtempius. Ši medžiaga sukelia didelius vidinius įtempius; jei trišakis liejinys nėra atitinkamai termiškai apdorotas, įtempiai negali būti veiksmingai pašalinti, o nestabilumo ir įtrūkimų rizika smarkiai padidėja.
Apibendrinant galima teigti, kad liejimo proceso metu vidiniame paviršiuje atsirado įtrūkimų, įtrūkimai išaugo ir išsiplėtė, susidarė prasiskverbiantys įtrūkimai. Vėlesnio terminio apdorojimo proceso metu matricos organizacija abiejų įtrūkimo pusių kraštuose aukštatemperatūrėje aplinkoje patiria oksidacinį įanglinimą. Jei tokio trišakio su įtrūkimais nepavyksta aptikti tikrinimo metu ir trišakis su įtrūkimų defektais sumontuojamas į vamzdynų sistemą, atliekant vamzdynų sistemos slėginius bandymus dėl nepakankamo efektyvaus trišakio su įtrūkimais laikomojo pajėgumo įtrūkimų vietoje įvyks ankstyvas nuotėkis.

6. Išvados ir rekomendacijos

• 1) Trišakio nesandarumas atsiranda dėl įtrūkimų per sienelės storį jo pagrindinio vamzdžio ir atšakos dalių sienelėse, kurie susidaro vykstant šaltasis trišakio formavimas ekstruzijos būdu.
• 2) Pereinamoji zona tarp pagrindinio vamzdžio ir šalto išspaudimo trišakio atšakos vamzdžio yra silpnoji jo struktūros grandis, kuri taip pat yra vienas iš svarbių pagrindinių trišakio kokybės kontrolės taškų, todėl šiuo procesu pagamintas trišakis turėtų laiku pašalinti įtampą, kad būtų išvengta trapaus įtrūkimo.

Autorius: Autorius: Cai Ke