Varžtų gedimas yra tipiška naftos chemijos ir aukštos{0}temperatūros bei aukšto{1}}slėgio šilumos mainų įrangos patikimumo problema, kai jos eksploatavimas yra ilgalaikis. Dviejų galų varžtai, kaip pagrindiniai tvirtinimo komponentai plaukiojančios galvutės šilumokaičių, kondensatorių ir slėginių indų sandarinimo konstrukcijose, tiesiogiai veikia bendrą įrangos veikimo stabilumą. Naftos perdirbimo gamyklos regeneravimo sistemoje esantis plūduriuojančios galvutės aušintuvas po 16 eksploatavimo metų nutrūko varžtas. Šis korpusas pasižymi tipiškomis korozijos nuovargio ir įtempių korozijos jungties charakteristikomis, suteikiančiomis svarbią atskaitos vertę norint suprasti tvirtinimo detalių gedimo mechanizmą drėgnoje H2S aplinkoje.
Įranga veikė tokiomis sąlygomis: korpuso-pusėje cirkuliuojančio vandens temperatūra 90–100 laipsnių, vamzdžio-rūgščių dujų temperatūra 30–35 laipsniai, darbinis slėgis atitinkamai 0,2 MPa ir 0,4 MPa. Terpėje buvo tam tikra H2S ir druskos ėsdinančios terpės dalis. Varžto specifikacija buvo M20 × 2,5 mm, o medžiaga buvo 35CrMoA grūdintas ir grūdintas plienas. Dėl ilgalaikio kintamo šiluminio įtempimo, surinkimo išankstinės apkrovos ir vidutinės korozijos dvigubas varžtas{16}}galų gale nutrūko sriegio šaknyje.
Makroskopinis stebėjimas atskleidė, kad lūžio paviršius buvo sriegio šaknies srityje, su gana lygia morfologija ir be akivaizdžių makroskopinių plastinių deformacijų. Juodos spalvos korozijos produktai prilipo prie paviršiaus. Po valymo lūžio paviršius pasižymėjo tipiškomis nuovargio plitimo charakteristikomis: įtrūkimas atsirado sriegio šaknyje ir sklinda į vidų maždaug 20 laipsnių kampu. Tada jis pateko į greito sklidimo zoną, kurioje buvo radialinis modelis, ir galiausiai įvyko momentinis lūžis. Ši morfologinė charakteristika rodo, kad dvigubo galo mašinos sraigto gedimo procesas apėmė kelis etapus: korozijos nuovargis, įtempių korozijos įtrūkimai ir momentinis lūžis.
Cheminės sudėties analizė parodė, kad visa medžiaga atitiko 35CrMoA standarto reikalavimus, o tai rodo, kad gedimo priežastis nebuvo neįprasta sudėtis. Kietumo bandymai parodė, kad dvigubo galo užpakalinio varžto bendras kietumas buvo palyginti didelis, o matricos struktūra daugiausia sudaryta iš grūdinto sorbito ir pasiekė vietinį 350–360 HV lygį, o tai yra didesnis nei rekomenduojamas įprastų tvirtinimo detalių diapazonas. Metalografinė analizė taip pat atskleidė tam tikrą sriegio paviršiaus dekarbonizacijos laipsnį, kai dekarbonizuotas sluoksnis yra maždaug 31 μm. Paviršiaus mikrostruktūra daugiausia buvo ferito. Tokio tipo nevienalytė struktūra lengvai sukelia lokalizuotą įtempių koncentraciją esant įtempimui, taip sukeldama plyšio atsiradimą.
Skenuojančios elektroninės mikroskopijos (SEM) analizė dar labiau atskleidė dvigubo šešiakampio varžto lūžio mechanizmą. Plyšio pradžios srityje buvo pastebėtos akivaizdžios nuovargio juostos, o plitimo metu įtrūkimą užpildė korozijos produktai. Didėjant plyšio plitimo greičiui, lūžio paviršius palaipsniui perėjo nuo nuovargio plitimo prie įtempių korozijos įtrūkimų charakteristikų, pasižyminčių tipine skilimo ir radialinio sklidimo morfologija, o tai rodo, kad korozinė terpė dalyvavo plyšio plitimo procese. Energijos dispersinės spektroskopijos (EDS) analizė parodė, kad korozijos produktuose buvo daug sieros ir nedideli chlorido kiekiai, o tai rodo reikšmingą sulfidų ir chlorido koroziją aptarnavimo aplinkoje.
Išsami analizė rodo, kad šis gedimas yra tipiška korozijos nuovargio ir sulfido įtempių korozijos įtrūkimų problema, kurią sukelia daugelio veiksnių ryšys. Jo formavimo mechanizmas daugiausia pasireiškia trimis aspektais.
Pirma, streso veiksniai. Dvigubas-galas su srieginiu kaiščiu montuojant patiria didelę išankstinę apkrovą, todėl sriegio šaknyje atsiranda didelis ašinis tempiamasis įtempis. Tuo pačiu metu slankioji galvutės konstrukcija sukuria papildomą lenkimo įtampą. Eksploatacijos metu šiluminis įtempis, atsirandantis dėl plėtimosi ir susitraukimo, vibracijos apkrovos dėl vidutinio srauto ir ciklinis įtempis paleidimo-ir išjungimo metu, ilgą laiką išlaiko varžto varžtą esant dideliam įtempių svyravimui, pagreitindamas įtrūkimų atsiradimą ir plitimą.
Antra, tam tikrą vaidmenį vaidina materialūs veiksniai. Nors 35CrMoA plienas pasižymi dideliu stiprumu, jis yra labai jautrus vandenilio -sukeltai įtrūkimams ir sulfido korozijai, esant dideliam kietumui. Atitinkami standartai rodo, kad aplinkoje, kurioje yra H2S{5}}, didelio stiprumo plieno atsparumas įtempiams korozijai žymiai sumažėja, jei kietumas viršija tam tikrą diapazoną. Šiuo atveju dviejų galų lizdo varžtas yra per daug kietas ir turi vietinių dekarbonizacijos defektų, kurie dar labiau sumažina paviršiaus atsparumą įtrūkimams ir sudaro tipišką įtrūkimo pradžios sritį.
Trečia, svarbūs aplinkos veiksniai. Terpėje yra H2S, drėgmės ir druskų, todėl elektrocheminėmis sąlygomis vyksta sudėtingos korozijos reakcijos. Anodinio proceso metu susidaro Fe2+, kuris jungiasi su sieros jonais ir sudaro FeS korozijos produktus. Tuo pačiu metu katodinės reakcijos metu susidarę vandenilio atomai gali difunduoti į plieną, sukeldami vandenilio trapumą ir pūslių susidarymą. Bendrai veikiant įtempiams ir korozijai, įtrūkimai palaipsniui plinta dvigubo-galo varžto sriegio šaknyje, o tai pagreitina gedimą.
Be to, korozijos produktų tūrio didinimo efektas dar labiau apsunkina dvigubų{0}}sriegių varžtų įtrūkimų plitimą. Korozijos produktų tūris paprastai yra 2–4 kartus didesnis už pradinį tūrį, todėl uždarame plyšyje susidaro papildomas plėtimosi įtempis. Dėl to įtrūkimo antgalio įtampa nuolat didėja, o tai pagreitina lūžio procesą. Šis „korozijos-streso-plitimo“ teigiamo grįžtamojo ryšio mechanizmas yra pagrindinė tokio tipo gedimų savybė.
Apibendrinant galima pasakyti, kad tokio tipo dvigubo{0}sraigto sraigto gedimas iš esmės yra struktūrinio įtempių koncentracijos, medžiagos jautrumo ir korozinės aplinkos bendro poveikio rezultatas. Esant panašioms sąlygoms, reikėtų atlikti visapusiškus patobulinimus, įskaitant M10 dvigubų galų varžtų jautrumo kietumo sumažinimą, terminio apdorojimo procesų optimizavimą, išankstinės apkrovos lygio valdymą ir sandarinimo bei apsaugos nuo korozijos konstrukcijos tobulinimą, kad būtų padidintas ilgalaikis konstrukcijos patikimumas.
Norėdami gauti daugiau informacijos apie gedimo mechanizmo analizędvigubi{0}}smeigių varžtaiarba pritaikytas tvirtinimo detalių pasirinkimo rekomendacijas, susisiekite su mūsų technine komanda dėl inžinerinės pagalbos ir sprendimų, pritaikytų jūsų konkretiems poreikiams.
Susisiekite su mumis
