天然气低温分离聚结器焊接裂纹分析

【摘要】： 本文采用现代断裂失效分析的方法和手段,探讨2005年6月3日某石油公司天然气处理厂低温分离聚结器发生爆炸这一重大事故。本课题通过对事故现场的观察、测量以及设备运行状况和事故发生过程的调查了解,同时将现场碎片取样进行化学成分测定、力学性能测定、金相组织检查、断口电镜扫描、X-物相扫描、容器爆炸能量计算等技术检验、鉴定和计算,通过综合失效分析,找出低温分离聚结器发生爆炸的原因,分析生产过程中存在的问题,采取有效措施,为保障设备安全运行,预防事故发生,提供技术依据。 文中失效分析发现:裂纹源主要发生在两处:一是焊缝中聚集的非金属夹杂物,另一处是复材/基材界面上的裂纹、孔洞等缺陷。金相组织和电镜扫描观察证实:焊缝中非金属夹杂物十分严重,这降低了焊缝强度和低温冲击韧性,力学性能测定证实了这一结论;观察中还发现复材/基材界面处存在较多裂纹、小孔和金属熔球等,推测为复合板在爆炸焊时因高温或经受到了多次加热与冷却而产生,这些缺陷大大降低了界面结合强度,成为裂纹源之一。本课题通过失效分析,最终找出事故发生的根源是:低温分离聚结器的焊接缺陷是事故发生的主要原因,焊接缺陷导致焊缝性能下降,同时产生气体泄漏以致发生爆炸,事故过程是:低温分离聚结器由于存在焊缝缺陷,使容器内可燃性气体产生泄漏,与空气混合后发生一次爆炸,进而使分离器裂开,大量空气进入分离器内,引起第二次爆炸。 文中论述了压力容器焊缝缺陷的类型及产生原因,分析了不锈钢复合板压力容器焊接生产中存在的主要问题,认为解决不锈钢复合板焊接工艺问题,重点是保证过渡层的焊接质量。 本次失效分析中发现低温分离器的焊缝区存在夹渣、未焊合、微裂纹等大量焊接缺陷,但现场焊接检验中未能及时发现,预以返修;选用的材料也存在一定问题;焊后热处理有待进一步验证,这些都给压力容器的安全运行造成极大的隐患。我们应从这次事故中吸取经验教训,充分认识焊接质量的重要性,从结构设计、材料选择以及施工工艺三方面进行控制,严格执行焊接工艺规范,加强焊接质量管理和检验,以保证压力容器的安全运行。 【关键词】：断裂 失效分析 焊缝缺陷 裂纹
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TG457
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 概述9-19
• 1.1 论文研究内容9
• 1.2 课题失效分析的意义9-10
• 1.3 失效分析概论10-12
• 1.3.1 失效及失效事例10
• 1.3.2 失效分析的目的10-11
• 1.3.3 导致零构件失效的因素和失效模式11-12
• 1.4 断裂失效分析内容12
• 1.5 断裂失效分析的主要手段和方法12-15
• 1.5.1 检查事故现场13-14
• 1.5.2 事故过程调查14
• 1.5.3 技术检验和鉴定14-15
• 1.5.4 压力容器事故分析中的计算15
• 1.6 容器管道破裂类型及断口特征15-16
• 1.7 爆炸事故性质及过程的判断16-17
• 1.8 本课题断裂失效分析的方法及原理17-19
• 2 低温分离器爆炸失效分析19-45
• 2.1 某气田处理厂低温分离器简述19
• 2.2 现场情况调查19
• 2.3 现场宏观检验19-22
• 2.4 化学成分复查22-23
• 2.5 力学性能试验23-27
• 2.6 金相分析27-35
• 2.7 断口扫描电镜分析35-44
• 2.8 X 射线物相分析44-45
• 3 事故结果分析和讨论45-53
• 3.1 事故结果分析45-47
• 3.1.1 焊接质量的宏观检验情况45
• 3.1.2 材质分析结果45-46
• 3.1.3 焊接质量的微观检验结果46
• 3.1.4 焊缝力学性能分析结果46-47
• 3.1.5 电镜观察结果47
• 3.1.6 X 射线物相分析结果47
• 3.2 膨胀系数与热分析测定47-51
• 3.3 检验结果讨论51-53
• 3.3.1 关于低温分离器爆炸性质的讨论51-52
• 3.3.2 低温分离器爆炸原因及过程52-53
• 4 焊接缺陷及其防止措施53-65
• 4.1 焊接概述53
• 4.2 压力容器焊接主要问题53-54
• 4.3 不锈钢复合板焊接难题54-55
• 4.4 不锈钢复合板焊接措施55-65
• 5 结论与展望65-67
• 5.1 研究过程概述65
• 5.2 主要结论65-66
• 5.3 今后工作的展望66-67
• 致谢67-69
• 参考文献69-71
• 附录71-79
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录79

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