Boltsvigt er et typisk pålidelighedsproblem i petrokemisk udstyr og høj-temperatur-,{1}}højtryksvarmevekslerudstyr under lang-drift. Dobbelt-bolte, som vigtige fastgørelseskomponenter i tætningsstrukturerne af varmevekslere med flydende hoved, kondensatorer og trykbeholdere, påvirker direkte udstyrets generelle driftsstabilitet. En flydende hovedkøler i regenereringssystemet på et olieraffinaderi oplevede boltbrud efter 16 års drift. Denne sag udviser typiske karakteristika for korrosionstræthed og spændingskorrosionskobling, hvilket giver en vigtig referenceværdi for at forstå fejlmekanismen for fastgørelseselementer i våde H2S-miljøer.
Udstyret fungerede under følgende forhold: temperatur på cirkulerende vand på skal-siden på 90-100 grader, temperatur på den sure gas på rør-siden på 30-35 grader og driftstryk på henholdsvis 0,2 MPa og 0,4 MPa. Mediet indeholdt en vis andel af H2S og saltætsende medier. Boltspecifikationen var M20×2,5 mm, og materialet var 35CrMoA hærdet og hærdet stål. Under de kombinerede virkninger af langvarig-vekslende termisk spænding, monteringsforspænding og medium korrosion, brækkede den dobbelte-endede bolt til sidst ved roden af gevindet.
Makroskopisk observation afslørede, at brudoverfladen var placeret i trådrodsområdet med en relativt glat morfologi og ingen tydelig makroskopisk plastisk deformation. Sorte korrosionsprodukter klæbet til overfladen. Efter rensning udviste brudoverfladen typiske udmattelsesudbredelseskarakteristika, hvor revnen stammede fra gevindroden og forplantede sig indad i en vinkel på ca. 20 grader. Det gik derefter ind i en hurtig udbredelseszone, der udviste et radialt mønster, hvilket i sidste ende resulterede i øjeblikkelig brud. Dette morfologiske kendetegn indikerer, at fejlprocessen af den dobbelte maskinskrue involverede flere stadier: korrosionstræthed, spændingskorrosionsrevner og øjeblikkelig brud.
Kemisk sammensætningsanalyse viste, at materialet som helhed opfyldte kravene i 35CrMoA-standarden, hvilket indikerer, at fejlen ikke var forårsaget af unormal sammensætning. Hårdhedstesting viste, at Double Ended Lag Bolt havde en relativt høj samlet hårdhed, med matrixstrukturen hovedsageligt sammensat af hærdet sorbit, og nåede et lokalt niveau på 350-360 HV, hvilket er højere end det anbefalede område for konventionelle fastgørelseselementer. Metallografisk analyse afslørede yderligere en vis grad af afkulning på gevindoverfladen med et afkullet lag på ca. 31 μm. Overflademikrostrukturen var overvejende ferrit. Denne type heterogen struktur fører let til lokaliseret spændingskoncentration under stress, hvilket inducerer revneinitiering.
Scanningselektronmikroskopi (SEM)-analyse afslørede yderligere brudmekanismen for Double Ended Hex Bolt. Tydelige træthedsstriber blev observeret i revneinitieringsområdet, og korrosionsprodukter fyldte revnen under udbredelsen. Efterhånden som revneudbredelseshastigheden steg, gik brudoverfladen gradvist over fra udmattelsesudbredelse til spændingskorrosionsrevneegenskaber, hvilket udviste typisk kvasi-spaltnings- og radial udbredelsesmorfologi, hvilket indikerer, at det korrosive medium deltog i sprækkeudbredelsen. Energidispersiv spektroskopi (EDS) analyse viste, at korrosionsprodukterne indeholdt høje niveauer af svovl og små mængder chlorid, hvilket indikerer betydelig sulfid- og kloridkorrosion i servicemiljøet
Omfattende analyse indikerer, at denne fejl er et typisk korrosionstrætheds- og sulfidspændingskorrosionsrevneproblem forårsaget af koblingen af flere faktorer. Dens dannelsesmekanisme manifesterer sig hovedsageligt i tre aspekter.
For det første stressfaktorer. Den dobbelte-ende gevindtap oplever høj forspænding under montering, hvilket resulterer i betydelig aksial trækspænding ved gevindroden. Samtidig introducerer den flydende hovedstruktur yderligere bøjningsspænding. Under drift holder termisk spænding fra ekspansion og sammentrækning, vibrationsbelastninger fra medium flow og cyklisk belastning under opstart-op og nedlukning skruebolten i en tilstand af høj spændingsudsving i længere perioder, hvilket accelererer revneinitiering og -udbredelse.
For det andet spiller materielle faktorer en rolle. Mens 35CrMoA-stål har høj styrke, er det meget modtageligt for hydrogen-induceret revnedannelse og sulfidspændingskorrosion ved høj hårdhed. Relevante standarder indikerer, at i H2S-holdige miljøer falder spændingskorrosionsbestandigheden af høj-styrkestål betydeligt, hvis hårdheden overstiger et vist område. I dette tilfælde har den dobbelte-skrue overdreven hårdhed og udviser lokale afkulningsfejl, hvilket yderligere reducerer overfladerevnemodstanden og danner et typisk revneinitieringsområde.
For det tredje er miljøfaktorer væsentlige. Mediet indeholder H2S, fugt og salte, hvilket fører til komplekse korrosionsreaktioner under elektrokemiske forhold. Den anodiske proces genererer Fe2+, som kombineres med svovlioner for at danne FeS-korrosionsprodukter. Samtidig kan brintatomer genereret af den katodiske reaktion diffundere ind i stålet, hvilket inducerer brintskørhed og blærer. Under den kombinerede virkning af spænding og korrosion forplanter revner sig gradvist ved roden af det dobbelte-skruegevind, hvilket accelererer svigt.
Ydermere forværrer volumenudvidelseseffekten af korrosionsprodukter yderligere sprækkeudbredelsen af dobbelt-gevindskruer. Volumenet af korrosionsprodukter er typisk 2 til 4 gange det oprindelige volumen, hvilket skaber yderligere ekspansionsspænding i den lukkede revne. Dette bevirker, at spændingen ved revnespidsen konstant øges, og dermed accelererer brudprocessen. Denne "korrosions-stress-udbredelse" positive feedback-mekanisme er en nøgleegenskab ved denne type fejl.
Sammenfattende er denne type dobbelt-skruesvigt i det væsentlige resultatet af de kombinerede effekter af strukturel spændingskoncentration, materialefølsomhed og det korrosive miljø. Til lignende forhold bør der foretages omfattende forbedringer, herunder reduktion af hårdhedsfølsomheden af M10-dobbelt-skruer, optimering af varmebehandlingsprocesser, styring af forspændingsniveauer og forbedring af tætnings- og korrosionsbeskyttelsesdesign for at forbedre den langsigtede-servicepålidelighed af strukturen.
For yderligere information om fejlmekanismeanalyse afbolte med dobbelt-hovedeller tilpassede valg af fastgørelsesanbefalinger, kontakt venligst vores tekniske team for teknisk support og løsninger skræddersyet til dine specifikke behov.
Kontakt os
