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吸收塔的疲勞失效原因?

  • 吸收塔的疲勞失效原因?失效模式的判别 壓力容器失效過程信息是指由内部誘發因素推斷的物理、化學過程信息,具體包含各類規則、機制、模型等,它通過樹結構方式,利用科學的搜
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吸收塔的疲勞失效原因?失效模式的判别
壓力容器失效過程信息是指由内部誘發因素推斷的物理、化學過程信息,具體包含各類規則、機制、模型等,它通過樹結構方式,利用科學的搜索對策,采取一定的解釋程序進一步推理失效過程。[3] 
壓力容器失效機理分析
1)韌性斷裂失效機理
構件斷裂之前出現的顯著宏觀塑性變形稱為韌性斷裂,它是金屬材料失效破壞的方式之一。對于韌性良好的材料而言。當材料所承受的壓力載荷大于材料自身的強度極限時,容易造成韌性斷裂。韌性斷裂的失效特點為:材料的斷口周圍出現了明顯的宏觀塑性變形;且拉伸斷口呈現杯錐狀,斷口方向與主應力垂直,錐面方向和最大切應力平行,但有時整個宏觀斷口方向和最大切應力平行,且會産生 45°的剪切斷口;斷口的顔色為灰暗色,表面呈纖維狀。
2)脆性斷裂失效機理
脆性斷裂失效是指構件的裂紋在穩定的擴展過程中,并未出現明顯的塑性變形而造成的斷裂失效模式。實際工程結構中,脆性斷裂是十分危險的一種失效模式。脆性斷裂的失效特點為:在斷裂之前沒發現明顯的塑性變形,但實際分析案例中發現,通常其斷口垂直于正應力,且斷口表面齊平;但往往其邊緣會缺少剪切唇口,或者斷口的剪切唇口較小。構件脆性斷裂的斷口顔色呈現光亮或偏暗的情況。有時脆性斷裂的光亮斷口宏觀浮雕在迅速擴展裂紋過程中,産生了發射性的線條,當脆性斷口發生轉動時,通常會出現反光的小平面;而對于脆性偏暗的斷口;其宏觀狀态則形成粗糙且未定型的表面,偶爾其斷口的外形也會出現晶粒。
3)疲勞斷裂失效機理
在交變載荷與應變長時間作用下的金屬材料或者零件,其損傷因不斷積累而造成的斷裂形成疲勞斷裂失效。疲勞裂紋的具體過程是疲勞裂縫發生、損傷擴展為疲勞裂縫亞臨界狀态、最後擴展為疲勞裂縫失穩。其失效特點為:在交變載荷作用下,經過一定量的周次循環而産生的斷裂問題;疲勞斷裂的過程中會出現低應力脆斷突發特點;疲勞斷裂失效過程體現為局部區域性;在交變載荷作用下,金屬構件的失效斷口周圍沒有出現宏觀的塑性變形特點,斷口呈現出明顯的貝殼紋花樣。
4)蠕變斷裂失效機理
恒溫恒應力長期作用于金屬材料而形成緩慢塑性變形即為金屬蠕變。其失效特點為:工作條件為恒溫、恒力與長期作用,緩慢的永久變形速度;宏觀斷口存在顯著的氧化色或者黑色;微觀斷口一般是沿晶斷裂,不會産生疲勞條痕特點。
5)均勻腐蝕失效機理
金屬整個表面均勻地出現腐蝕作用,其失效特點為:受腐蝕的金屬構件化學成分均勻的以及顯微組織的表面平均,均勻地腐蝕環境不受限制的覆蓋于金屬表面;均勻腐蝕可以理解為在金屬表面出現的局部電解腐蝕;均勻腐蝕下的金屬有色澤偏暗且光滑的表面形貌,或因大片金屬遭遇腐蝕而使表面較為粗糙。
6)點腐蝕失效機理
點腐蝕失效指遊離物質在金屬材料和環境中發生化學作用造成的失效。其失效特點為:構件局部區域出現腐蝕,有明顯的尖銳小孔,小孔進一步擴展為深孔甚至發生穿透;在潮濕的環境或者大氣中水膜凝聚于金屬表面,使得金屬表面時常發生點腐蝕;點蝕坑經直觀放大發現其邊沿平滑,且由于孔底被腐蝕産物所覆蓋,坑底為深灰色;蝕坑經過磨片垂直觀察,發現蝕坑大部分體現為圓形或者多邊形。
7)應力腐蝕失效機理
在靜載拉力和腐蝕環境共同作用下,金屬材料形成的局部腐蝕破裂稱為應力腐蝕失效。其失效特點為:敏感的腐蝕介質和應力作用的工作環境中;腐蝕斷裂區和瞬斷區兩區域出現宏觀斷口。應力腐蝕斷裂區表現為暗灰色,斷口組織較為粗糙,同時被腐蝕産物所覆蓋;瞬斷區出現的新鮮斷口大多呈現纖維狀且伴随着輻射棱線;應力腐蝕裂紋呈現樹枝狀形貌,分叉裂紋也是腐蝕産物累積效應形成的結果。[3] 
失效原因的判斷及預防措施
1、失效原因判斷
失效原因的判斷應分别從是選材、結構設計、環境、運行操作等方面實施分析。
(1)選材:材料的選擇是否合理,材料的化學成分、冶金過程質量、表面狀态是否正常,尤其需要了解材料強度、剛度、韌性等各類因素。若無法正确選材,應用溫度明顯比材料蠕變溫度高;或材質劣化,長期在高溫環境中應用時易造成材質滲碳。
(2)結構設計:構件的幾何形狀、截面大小、圓角半徑大小、表面光潔程度等是否科學;結構中産生的缺陷,形成了較大的殘餘應力等。
(3)環境因素:金屬所處環境中擁有較高或者較低濃度的腐蝕劑;溫度的提高也會增加金屬的腐蝕速率;金屬材料和環境介質的相容性較差,且因濕度不适應而直接破壞了材料表面的氧化膜;材料表面呈現出不均勻的狀态。
(4)運行操作因素:違規進行操作或安全附件失靈導緻出現溫度突變或操作溫度比材料韌性轉變溫度低;使壓力容器内部發生了化學異常反應;下或者交變載荷作用下,使得應力集中區域疲勞裂紋逐漸向失穩斷裂擴展;在交變載荷與腐蝕介質的共同作用下,最後産生腐蝕疲勞斷裂。
2、 失效預防措施
(1)科學選材,在低溫下嚴格禁止采用非低溫用鋼,選擇高抗蝕的材料。
(2)改良結構設計,結構的設計過程中,盡量采用圓滑過度以減少構件的應力集中;設備運行過程中,應盡可能地避免頻繁的交變載荷,避免超溫運作及局部過熱,防止出現水停滞,通過熱處理對殘餘應力有效消除。
(3)強化材質性能的定期檢驗,對金屬構件或設備所處的環境的腐蝕劑濃度實行嚴格檢測,并降低環境介質的有效溫度等。
(4)改善介質環境,減少氧化陽離子,将适當元素添加至材料中,提升材料的抗蝕能力,采用表面防護方法。
通過相應的公式計算吸收塔内壁所承受應力值,由所計算出的結果可知,吸收塔的周向應力值最大。但由于焊縫與噴嘴附近的應力過于集中,以及焊縫在焊接殘餘應力和熱應力的共同作用下,最終使得吸收塔的内壁形成較大的應力,這為應力腐蝕提供了十分重要的條件。通過對失效破壞的吸收塔進行深入分析發現,吸收塔的失效是由于集中應力與腐蝕敏感介質的共同作用,從而産生了樹枝狀形貌的裂紋,在微觀斷口出現腐蝕産物,在晶界面上有腐蝕凹坑。因此可判斷,吸收塔屬于應力腐蝕失效。吸收塔的局部區域應力集中較高,如殘餘應力和熱應力,以及因 KOH 引起材料的堿脆,這些因素加劇了吸收塔的應力腐蝕失效。科學選材,改良條件,盡可能避免腐蝕環境;結構設計過程中,為避免應力過于集中,在吸收塔應力集中區域安裝環形角鋼支撐架,從而降低殘餘應力。壓力容器損壞事故中由于逐漸擴展的疲勞裂紋問題大概占 40%,因此,對疲勞失效特點、原因和措施進行系統研究具有重要意義。

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