氨合成塔表面裂纹原因分析灭菌设备

氨合成塔表面裂纹原因分析

氨合成塔表面裂纹原因分析 2012年08月10日 来源： 1介质方面 根据文献，氨合成塔内筒材料为l6MnR，属低合金钢，其中的C主要以渗碳体形式存在。氨合成塔如果设计、制造或使用不当，就能因氢的腐蚀而导致破裂，氢腐蚀发生在高温高压临氢环境中。氨合成塔主要反应介质为N2和H2，在高温高压下运行. 氢原子或氢离子扩散进人材料中后，会在晶界附近以及夹杂物与基体相交界而处的微隙中结合成氢分子，由于进入材料中的氢的作用，会使材料的化学成分产生变化、力学性能劣化，直至产生大量裂纹。 解释钢的氢腐蚀的理论，比较有说服力的是：高温高压的氢进入钢中与渗碳体相互作用，生成甲烷，使钢脱碳。其反应式为 Fe3C+4H=3Fe+CH4。 因为钢的主要强化相渗碳体被氢还原了，所以强度降低很多。氢腐蚀脱碳现象有两种形式： (1)氢和钢表而的碳化合生成甲烷，引起钢表而脱碳。根据文献，甲烷分子和氢分子在微隙中会逐步聚集，并产生局部高压，使该部位承受很大应力。之所以产生裂纹源，是因为当应力克服了晶格间的表而张力后，会在晶格之间形成甲烷空穴。随着反应不断进行，甲烷空穴会逐渐长大，然后慢慢聚集，最后形成小的气泡链，产生小裂纹，小裂纹逐步发展，就会撕开各高压气泡间的联结部位，形成大裂纹。因为某些微隙靠近钢材表而，就形成表而鼓泡，随着反应的进行，生成的甲烷就会逸出，从而形成表而裂纹： (2)当氢渗透到材料内部，氢与渗碳体反应生成甲烷。因为生成的甲烷不能从钢中扩散出去，所以聚集在晶界上，在某些部位形成高压气泡，气泡的数目和尺寸随着反应不断进行而逐步增加、增大，气泡扩大和相互连接后，在晶界上出现裂纹。随着反应时间增加，裂纹发展越来越迅速，最后形成贯穿性裂纹，使材料失效。 2制造方面 该氨合成塔在宏观检查时，发现焊接接头表而成型不好，有多处修磨部位，说明焊缝在制造过程中，存在较多缺陷，残余应力较大。在应力与高温高压氢的复合作用下，加速了氢腐蚀的进行，经过多年的反复作用，最终导致原始缺陷发展成为裂纹。 3使用方面 该氨合成塔是在发现温度异常时进行停车检验的，根据文献，影响氢腐蚀的因素主要有：温度、氢分压、合金成分、应力等。 当氢的压力越大，温度越高，碳钢的脱碳层就越深，发生氢腐蚀断裂的时间也越短。其中温度是重要因素，在非常高的温度下，氢的压力即使只有0．1 MPa，脱碳也可能发生：而在温度较低的情况下，氢的压力即使有100 MPa的，氢腐蚀也很难发生。内筒材料长时间承受高温高压，超温导致将材料出现过热现象，过热就使材料性能劣化。超温是该氨合成塔产生缺陷的另一个原因。

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