第43卷第3期2006年6月化工设备与管道PROCESSEQUIPMENT&PIPINGVol143No13June12006加氢压缩机二级活塞杆断裂失效分析傅旭强(上海化学工业区发展有限公司,上海251507)摘要:对压缩机断裂的二级活塞杆进行了材料的化学成分分析、断口的宏观形貌分析、活塞杆螺纹纵截面金相检查以及金相组织分析,并对活塞杆螺纹冷滚压加工工艺进行了讨论,最后认为造成活塞杆断裂的主要原因是由于螺纹加工时出现齿顶整圈环向微裂纹,投入运行后使之崩裂形成缺口,该缺口成为后来疲劳断裂破坏的疲劳源。关键词:加氢压缩机;活塞杆;疲劳断裂;失效分析中图分类号:TH49文献标识码:A文章编号:100923281(2006)0320052204FractureFailureAnalysisofPistonRodinSecondHydrogenationCompressorFuXuqiang(ShanghaiChemicalIndustrialZoneDevelopmentCo.,Ltd,Shanghai201507)AbstractSeveralaccidentsofruptureofpistonrodhavebeenoccurredinthehydrogenationcompressorsinapetrochemicalenterprise,andheavyloseswereformed.Theanalysisofchemicalcompositions,macrofracturesectionfaceandmetallurgicalcompositionsaswellasmetallurgicalexaminationinthreadsectionofpistonrodwerefirstcarriedoutinthisarticle.Theprocessofcoldpressformofthreadsonpistonrodwas,then,discussed.Finally,itwasconcludedthatthemaincausetomakethepistonrodrapturewashoopmicrocrackformedinthreadfabrication,whichsplitintheoperationperiodandturnedintothefatiguesource.Keywordshydrogenationcompressor,pistonrod,fatiguefacture,failureanalysis收稿日期:2006203230作者简介:傅旭强(1970年—),男,工程师。从事工程项目建设和管理工作。某石化企业的加氢压缩机在投入运行一年后突然发生二级活塞杆断裂情况,造成非正常紧急停车事故。事后打开机组进行检查,发现该压缩机的活塞杆断裂的部位是在十字头法兰与十字头螺母联接处第二齿顶部位,沿第二齿齿顶处将整个活塞杆沿垂直轴线方向断裂成两段。由于此事故发生前,同年二月一级活塞杆也曾发生类似断裂事故,该加氢压缩机系加氢裂化装置中的重要设备之一,因此需要对活塞杆断裂进行失效原因分析,以免该类事故的重复发生,确保装置的正常安全生产。1活塞杆材料的化学成分分析该活塞杆材料的牌号为Custom450。为了明确活塞杆实际现场所用材料是否与设计相同,对断裂的活塞杆材料进行取样,进行化学成分分析,分析结果见表1所示。表1活塞杆材料的主要化学成分分析%CMnSiCrMoNi断裂样品0.080.480.5214.730.716.5标准值0.050.500.5012.50.57.5该材料为沉淀硬化不锈钢,是上世纪四十年代研制的产品。该压缩机产品主要是通过热轧园棒加工而成。它是通过加入沉淀强化元素铜、银、铝等来满足材料强度和塑性要求的,该材料主要特点是高的强度、较好的延性和优异的耐腐蚀性能。从化学成分分析来看,断裂的活塞杆材料化学成分与Custom450材料的化学成分基本接近。此种钢的热处理交货状态一般为固溶+时效。总之通过化学成分分析结果来看,现场所用材料与设计选用材料基本一致,没有材料误用的可能性。2活塞杆断口的宏观形貌分析为了掌握本次活塞杆断裂的破坏形式,对十字头螺母侧的活塞杆断口进行了断口的宏观形貌分析。发现整个断口较为平坦。活塞杆正下方有一缺口存在,缺口与轴线成45°扩展,缺口深度为4mm。从裂纹扩展方向以及扩展条纹来判断,该缺口处应是本次发生活塞杆断裂的最初裂源部位。从整个断口的宏观形貌来看该断口明显存在三个区域,即靠近裂源处的机械磨光区域、裂纹扩展区域(磨光区上方区域)以及最终断裂区域(有剪切层)。活塞杆上方可以明显观察到该断口具有贝壳状条纹,从上述的活塞杆断裂的断口宏观形貌分析,本次发生的活塞杆最终断裂的破坏形式为疲劳破坏。疲劳源是由于活塞杆螺纹表面存在缺口引起的。该处应力高度集中,加上运行时活塞杆上所受交变载荷共同作用,造成该截面最终发生疲劳破坏。因此发生活塞杆断裂最直接和最为主要的一个原因是活塞杆十字头螺母处螺纹上存在缺口缺陷。接下来就对这一缺口缺陷如何产生的原因进一步进行分析。3螺纹纵截面金相组织分析在活塞杆断口处缺口部位截取...
