压缩机入口过滤网骨架开裂原因分析

李 强

（中海炼化惠州炼化公司，广东 惠州 516086）

压缩机入口过滤网骨架开裂原因分析

李 强

（中海炼化惠州炼化公司，广东 惠州 516086）

对过滤网骨架材质和断口采用宏观低倍分析，金相分析，微观形貌分析，化学元素分析。通过对过滤网骨架材质和断口分析，找出其开裂原因，制定相应的对策，解决了过滤网骨架开裂的问题。

过滤网；骨架；开裂；原因分析

一、概况

某公司催化汽油选择性加氢脱硫装置循环氢压缩机采用两台2D80-74/16-28型往复式压缩机，2013年，对循环氢压缩机例行检修，入口管道内有金属碎片，发现其压缩机入口过滤网骨架发生断裂，如图1。

循环氢压缩机入口工作压力1.0MPa，介质为氢气，氢气成分如表1。

图1 发生断裂的过滤网全段——滤网骨架开裂

表1 氢气组成

二、对过滤网骨架材质和断口进行分析

仔细观察断裂的过滤网骨架残片（图2），看到边缘已经磨平，红框内可看到较明显的裂纹（图2）。

图2 断裂的过滤网骨架经清洗后

1.断裂滤网材质分析

滤网断裂处制作成试样，对两试样材质成分进行检测，根据测试结果材质更加符合10F的优质钢。根据过滤器图纸上过滤网骨架20#钢，参照标准GB/T 699-1999《优质碳素结构钢》规定的20#，10F钢化学成分，与标准规定的20#钢化学成分相比，实际滤网的碳含量明显低于标准20#的各项指标。此外，硫含量超标，会使钢板轧制时产生热脆断裂，同时降低钢的延展性和耐蚀性。从材质成分分析中可以看到滤网材质与为牌号为10F的优质钢更为符合。

2.宏观、低倍分析

送检过滤网宏观形貌，见图3。过滤网A面上没有发现裂纹存在；过滤网B面上标记为1、2、3处的地方已经完全断裂，标记为4处的地方可见一条明显的裂纹存在，标记为5处的地方是完好的。

在体式显微镜下，对过滤网上标记为1、2、3处的断口进行观察，断口的裂纹均起源于过滤网的B面（黄色箭头处），然后逐渐向过滤网的A面扩展，直至断裂，见图4。在标记2处的断口附近，还可见一条裂纹存在。在过滤网B面上标记为4处，可见一条裂纹存在，将该裂纹认为地打开，就可以形成一个“裂纹断口”。该“裂纹断口”的形貌与1、2、3处的断口具有相似的形貌，见图5。标记5处为过滤网上完好形貌，见图6。

2.金相分析

在过滤网上取B面的金相样品，对试样进行抛光、浸泡后参照GB13298-1991《金属显微组织检验方法》里检验方法和步骤进行金相分析，得到如下各个金相图。

过滤网板垂直于板厚方向的金相组织为：铁素体晶粒上分布着小颗粒状的三次渗碳体，见图5。由于过滤网的网孔是冷冲压形成的，方向是从A面向B面冲压，因此，在过滤网B面网孔边角处的铁素体晶粒发生严重地变形被拉长。

过滤网板B面平行于板厚方向的金相组织为：铁素体晶粒上分布着小颗粒状的三次渗碳体；在B2断口旁边有一条裂纹存在，同时在过滤网板B面另外的两孔之间也发现有裂纹存在，裂纹类型是穿晶裂纹，见图7和8。

图3 过滤网宏观形貌

图4 过滤网上1、2、3处断口低倍形貌（裂纹起源于B面黄色箭头处）

4.微观形貌分析

滤网断裂前，无明显塑性变形，断口平、齐、亮。断口形貌有解离河流花样（图9）。

滤网表面存在多处微细的裂纹（图10）。

掰断的新断口，韧窝小而浅（图11）。

5.元素分析

经扫描电镜、能谱分析表明裂纹内部存在夹杂物。材质表面存在大量的裂纹，内部充满铁的氧化物。见图12和表2。

图6 过滤网上5处低倍形貌

三、分析与讨论

1.材质分析

由于材质成分分析结果表明，过滤网骨架材质为10F钢，而且硫元素超标。

图7 过滤网垂直于板厚方向的金相组织（铁素体+颗粒状三次渗碳体）

图8 过滤网B面平行于板厚方向的金相组织（铁素体+颗粒状三次渗碳体；裂纹以穿晶为主扩展，裂纹呈现人字形，由外部往里面扩散，裂纹没有贯穿整个滤网的厚度。）

图5 过滤网上4处裂纹及“裂纹断口”低倍形貌（裂纹起源于B面黄色箭头处）

图9 过滤网B面平行于板厚方向的断口形貌

图10 过滤网B面平行于板厚方向的断口形貌

图11 过滤网的断口形貌

表2 断口处元素分析(质量百分数%)

1.F钢易切削，冷变形塑性很好，深冲压等冷加工性和焊接性能好，可用来制造易加工成形而对强度要求不高的零件。但是硫元素超标，会在轧制时产生热脆断裂，同时降低钢的延展性和耐蚀性。

2.结论

由电镜图中可以判断断口为热脆性断口，说明了产生裂纹的主要原因不是由于环境引起的腐蚀断裂，是由材质中的有害硫元素含量偏高，导致钢原料中存在原始表面裂纹缺陷。

图12 断口元素分析位置

由于过滤网骨架的制备工艺：钢板——冲压——弯曲——焊接。在滤网的边缘处会产生很大应力。这些微裂纹在外力作用下产生应力集中现象，当应力达到一定程度时候，裂纹开始扩展，导致断裂。

四、改进措施

由于往复式压缩机内介质为氢气，易燃易爆且压力较高，一旦有碎片进入压缩机必然损坏压缩机，给安全生产带来极大的隐患。出现上述问题后，经讨论分析决定将过滤网骨架材质更换为304不锈钢，304不锈钢是应用最为广泛的一种铬-镍不锈钢，作为一种用途广泛的钢，具有良好的耐蚀性、耐热性，低温强度和机械特性；冲压、弯曲等热加工性好，无热处理硬化现象（使用温度-196～800℃）。材质更换完后，以后几次检修再无出现问题。

[1] 50万吨/年催化汽油选择性加氢脱硫项目首次标定报告．惠州，惠州炼油运行一部，2013 16-17

[2]王廷溥，齐克敏，金属塑性加工学--轧制理论与工艺．北京，冶金工业出版社，2012 119-120

[3]刘鸣放，刘胜新，金属材料力学性能手册．北京，机械工业出版社，2011 82-83

[4]李立碑，金属材料物理性能手册．北京，机械工业出版社，2011:189-190

TE968

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1671-0711（2016）05-0058-04