Η αστοχία του μπουλονιού είναι ένα τυπικό ζήτημα αξιοπιστίας στον εξοπλισμό ανταλλαγής θερμότητας πετροχημικών και υψηλής-θερμοκρασίας και υψηλής-πίεσης κατά τη μακροχρόνια-λειτουργία. Οι κοχλίες με διπλό-άκρο, ως βασικά στοιχεία στερέωσης στις δομές στεγανοποίησης των εναλλάκτη θερμότητας με πλωτή κεφαλή, των συμπυκνωτών και των δοχείων πίεσης, επηρεάζουν άμεσα τη συνολική λειτουργική σταθερότητα του εξοπλισμού. Ένας πλωτός ψύκτης κεφαλής στο σύστημα αναγέννησης ενός διυλιστηρίου πετρελαίου παρουσίασε αστοχία θραύσης μπουλονιού μετά από 16 χρόνια λειτουργίας. Αυτή η θήκη παρουσιάζει τυπικά χαρακτηριστικά της κόπωσης από τη διάβρωση και της σύζευξης διάβρωσης λόγω τάσης, παρέχοντας σημαντική τιμή αναφοράς για την κατανόηση του μηχανισμού αστοχίας των συνδετήρων σε υγρά περιβάλλοντα H2S.
Ο εξοπλισμός λειτουργούσε υπό τις ακόλουθες συνθήκες: θερμοκρασία κελύφους-πλευρικής κυκλοφορίας νερού 90–100 μοίρες, σωλήνας-πλευρική θερμοκρασία όξινου αερίου 30–35 μοίρες και πιέσεις λειτουργίας 0,2 MPa και 0,4 MPa, αντίστοιχα. Το μέσο περιείχε μια ορισμένη αναλογία H2S και διαβρωτικά μέσα αλατιού. Οι προδιαγραφές του μπουλονιού ήταν M20×2,5 mm και το υλικό ήταν 35CrMoA σβησμένος και σκληρυμένος χάλυβας. Υπό τις συνδυασμένες επιπτώσεις της μακροπρόθεσμης εναλλασσόμενης θερμικής καταπόνησης, της προφόρτισης της συναρμολόγησης και της μέσης διάβρωσης, το μπουλόνι με διπλό άκρο τελικά έσπασε στη ρίζα του σπειρώματος.
Η μακροσκοπική παρατήρηση αποκάλυψε ότι η επιφάνεια του κατάγματος βρισκόταν στην περιοχή της ρίζας του νήματος, με σχετικά ομαλή μορφολογία και χωρίς εμφανή μακροσκοπική πλαστική παραμόρφωση. Μαύρα προϊόντα διάβρωσης κολλημένα στην επιφάνεια. Μετά τον καθαρισμό, η επιφάνεια του κατάγματος εμφάνισε τυπικά χαρακτηριστικά εξάπλωσης κόπωσης, με τη ρωγμή να προέρχεται από τη ρίζα του νήματος και να διαδίδεται προς τα μέσα σε γωνία περίπου 20 μοιρών. Στη συνέχεια εισήλθε σε μια ζώνη ταχείας διάδοσης με ακτινωτό μοτίβο, που τελικά είχε ως αποτέλεσμα στιγμιαίο κάταγμα. Αυτό το μορφολογικό χαρακτηριστικό υποδεικνύει ότι η διαδικασία αστοχίας του κοχλία μηχανής διπλού άκρου περιλάμβανε πολλαπλά στάδια: κόπωση λόγω διάβρωσης, ρωγμές λόγω διάβρωσης λόγω τάσης και στιγμιαίο σπάσιμο.
Η ανάλυση χημικής σύνθεσης έδειξε ότι το υλικό στο σύνολό του πληρούσε τις απαιτήσεις του προτύπου 35CrMoA, υποδεικνύοντας ότι η αστοχία δεν προκλήθηκε από μη φυσιολογική σύνθεση. Η δοκιμή σκληρότητας έδειξε ότι το Double Ended Lag Bolt είχε σχετικά υψηλή συνολική σκληρότητα, με τη δομή της μήτρας να αποτελείται κυρίως από σκληρυμένο σορβίτη, φθάνοντας σε τοπικό επίπεδο 350–360 HV, που είναι υψηλότερο από το συνιστώμενο εύρος για τους συμβατικούς συνδετήρες. Η μεταλλογραφική ανάλυση αποκάλυψε περαιτέρω έναν ορισμένο βαθμό αποξανθράκωσης στην επιφάνεια του νήματος, με ένα αποανθρακωμένο στρώμα περίπου 31 μm. Η μικροδομή της επιφάνειας ήταν κυρίως φερρίτης. Αυτός ο τύπος ετερογενούς δομής οδηγεί εύκολα σε τοπική συγκέντρωση τάσεων υπό πίεση, προκαλώντας έτσι την έναρξη της ρωγμής.
Η ανάλυση με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) αποκάλυψε περαιτέρω τον μηχανισμό θραύσης του εξάγωνου μπουλονιού διπλού άκρου. Παρατηρήθηκαν εμφανείς ραβδώσεις κόπωσης στην περιοχή έναρξης της ρωγμής και προϊόντα διάβρωσης γέμισαν τη ρωγμή κατά τη διάδοση. Καθώς ο ρυθμός διάδοσης της ρωγμής αυξανόταν, η επιφάνεια της θραύσης μεταβαλλόταν σταδιακά από τη διάδοση της κόπωσης στα χαρακτηριστικά ρωγμής λόγω διάβρωσης λόγω τάσης, παρουσιάζοντας τυπική μορφολογία οιονεί-διάσπασης και ακτινικής διάδοσης, υποδεικνύοντας ότι το διαβρωτικό μέσο συμμετείχε στη διαδικασία διάδοσης της ρωγμής. Η ανάλυση φασματοσκοπίας διασποράς ενέργειας (EDS) έδειξε ότι τα προϊόντα διάβρωσης περιείχαν υψηλά επίπεδα θείου και μικρές ποσότητες χλωρίου, υποδεικνύοντας σημαντική διάβρωση θειούχου και χλωρίου στο περιβάλλον εξυπηρέτησης
Η εκτενής ανάλυση δείχνει ότι αυτή η αστοχία είναι ένα τυπικό πρόβλημα διάβρωσης λόγω κόπωσης και ρωγμών λόγω καταπόνησης θειούχου που προκαλείται από τη σύζευξη πολλαπλών παραγόντων. Ο μηχανισμός σχηματισμού του εκδηλώνεται κυρίως σε τρεις όψεις.
Πρώτον, παράγοντες άγχους. Το διπλό-πείρωμα με σπείρωμα υφίσταται υψηλή προφόρτιση κατά τη συναρμολόγηση, με αποτέλεσμα σημαντική αξονική τάση εφελκυσμού στη ρίζα του σπειρώματος. Ταυτόχρονα, η δομή πλωτής κεφαλής εισάγει πρόσθετη τάση κάμψης. Κατά τη λειτουργία, η θερμική καταπόνηση από τη διαστολή και τη συστολή, τα φορτία δόνησης από τη μέση ροή και η κυκλική καταπόνηση κατά την εκκίνηση-και το κλείσιμο διατηρούν τη βίδα σε κατάσταση υψηλής διακύμανσης τάσης για παρατεταμένες περιόδους, επιταχύνοντας την έναρξη και τη διάδοση της ρωγμής.
Δεύτερον, οι υλικοί παράγοντες παίζουν ρόλο. Ενώ ο χάλυβας 35CrMoA έχει υψηλή αντοχή, είναι πολύ ευαίσθητος σε ρωγμές που προκαλούνται από το υδρογόνο-και στη διάβρωση με τάση σουλφιδίου σε υψηλή σκληρότητα. Τα σχετικά πρότυπα υποδεικνύουν ότι σε περιβάλλοντα που περιέχουν H2S-, η αντοχή στη διάβρωση των τάσεων του χάλυβα υψηλής- αντοχής μειώνεται σημαντικά εάν η σκληρότητα υπερβαίνει ένα συγκεκριμένο εύρος. Σε αυτήν την περίπτωση, η βίδα υποδοχής με διπλό-άκρο έχει υπερβολική σκληρότητα και παρουσιάζει τοπικά ελαττώματα απανθράκωσης, μειώνοντας περαιτέρω την αντίσταση επιφανειακών ρωγμών και σχηματίζοντας μια τυπική περιοχή έναρξης ρωγμών.
Τρίτον, οι περιβαλλοντικοί παράγοντες είναι σημαντικοί. Το μέσο περιέχει H2S, υγρασία και άλατα, οδηγώντας σε πολύπλοκες αντιδράσεις διάβρωσης κάτω από ηλεκτροχημικές συνθήκες. Η ανοδική διαδικασία παράγει Fe2+, ο οποίος συνδυάζεται με ιόντα θείου για να σχηματίσει προϊόντα διάβρωσης FeS. Ταυτόχρονα, τα άτομα υδρογόνου που δημιουργούνται από την καθοδική αντίδραση μπορούν να διαχέονται στον χάλυβα, προκαλώντας ευθραυστότητα υδρογόνου και φουσκάλες. Υπό τη συνδυασμένη δράση καταπόνησης και διάβρωσης, οι ρωγμές διαδίδονται σταδιακά στη ρίζα του σπειρώματος του διπλού-άκρου, επιταχύνοντας την αστοχία.
Επιπλέον, η επίδραση επέκτασης όγκου των προϊόντων διάβρωσης επιδεινώνει περαιτέρω τη διάδοση ρωγμών των βιδών με διπλό σπείρωμα-. Ο όγκος των προϊόντων διάβρωσης είναι συνήθως 2 έως 4 φορές ο αρχικός όγκος, δημιουργώντας πρόσθετη τάση διαστολής εντός της κλειστής ρωγμής. Αυτό προκαλεί την τάση στο άκρο της ρωγμής να αυξάνεται συνεχώς, επιταχύνοντας έτσι τη διαδικασία θραύσης. Αυτός ο μηχανισμός θετικής ανάδρασης "διάβρωσης-καταπόνησης-διάδοσης" είναι ένα βασικό χαρακτηριστικό αυτού του τύπου αστοχίας.
Συνοπτικά, αυτός ο τύπος αστοχίας με διπλή-βίδα είναι ουσιαστικά το αποτέλεσμα των συνδυασμένων επιπτώσεων της συγκέντρωσης δομικής τάσης, της ευαισθησίας του υλικού και του διαβρωτικού περιβάλλοντος. Για παρόμοιες συνθήκες, θα πρέπει να γίνουν εκτενείς βελτιώσεις, συμπεριλαμβανομένης της μείωσης της ευαισθησίας σκληρότητας των διπλών-βιδών M10, της βελτιστοποίησης των διαδικασιών θερμικής επεξεργασίας, του ελέγχου των επιπέδων προφόρτισης και της βελτίωσης του σχεδιασμού στεγανοποίησης και προστασίας από τη διάβρωση, για να ενισχυθεί η μακροπρόθεσμη αξιοπιστία της κατασκευής.
Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με την ανάλυση του μηχανισμού αστοχίας τουδιπλά-μπουλόνια κεφαλήςή προσαρμοσμένες προτάσεις επιλογής συνδετήρων, επικοινωνήστε με την τεχνική ομάδα μας για τεχνική υποστήριξη και λύσεις προσαρμοσμένες στις συγκεκριμένες ανάγκες σας.
Επικοινωνήστε μαζί μας
