壓縮機入口過濾網骨架開裂原因分析

李 強

（中海煉化惠州煉化公司，廣東 惠州 516086）

壓縮機入口過濾網骨架開裂原因分析

李 強

（中海煉化惠州煉化公司，廣東 惠州 516086）

對過濾網骨架材質和斷口采用宏觀低倍分析，金相分析，微觀形貌分析，化學元素分析。通過對過濾網骨架材質和斷口分析，找出其開裂原因，制定相應的對策，解決了過濾網骨架開裂的問題。

過濾網；骨架；開裂；原因分析

一、概況

某公司催化汽油選擇性加氫脫硫裝置循環氫壓縮機采用兩臺2D80-74/16-28型往復式壓縮機，2013年，對循環氫壓縮機例行檢修，入口管道內有金屬碎片，發現其壓縮機入口過濾網骨架發生斷裂，如圖1。

循環氫壓縮機入口工作壓力1.0MPa，介質為氫氣，氫氣成分如表1。

圖1 發生斷裂的過濾網全段——濾網骨架開裂

表1 氫氣組成

二、對過濾網骨架材質和斷口進行分析

仔細觀察斷裂的過濾網骨架殘片（圖2），看到邊緣已經磨平，紅框內可看到較明顯的裂紋（圖2）。

圖2 斷裂的過濾網骨架經清洗后

1.斷裂濾網材質分析

濾網斷裂處制作成試樣，對兩試樣材質成分進行檢測，根據測試結果材質更加符合10F的優質鋼。根據過濾器圖紙上過濾網骨架20#鋼，參照標準GB/T 699-1999《優質碳素結構鋼》規定的20#，10F鋼化學成分，與標準規定的20#鋼化學成分相比，實際濾網的碳含量明顯低于標準20#的各項指標。此外，硫含量超標，會使鋼板軋制時產生熱脆斷裂，同時降低鋼的延展性和耐蝕性。從材質成分分析中可以看到濾網材質與為牌號為10F的優質鋼更為符合。

2.宏觀、低倍分析

送檢過濾網宏觀形貌，見圖3。過濾網A面上沒有發現裂紋存在；過濾網B面上標記為1、2、3處的地方已經完全斷裂，標記為4處的地方可見一條明顯的裂紋存在，標記為5處的地方是完好的。

在體式顯微鏡下，對過濾網上標記為1、2、3處的斷口進行觀察，斷口的裂紋均起源于過濾網的B面（黃色箭頭處），然后逐漸向過濾網的A面擴展，直至斷裂，見圖4。在標記2處的斷口附近，還可見一條裂紋存在。在過濾網B面上標記為4處，可見一條裂紋存在，將該裂紋認為地打開，就可以形成一個“裂紋斷口”。該“裂紋斷口”的形貌與1、2、3處的斷口具有相似的形貌，見圖5。標記5處為過濾網上完好形貌，見圖6。

2.金相分析

在過濾網上取B面的金相樣品，對試樣進行拋光、浸泡后參照GB13298-1991《金屬顯微組織檢驗方法》里檢驗方法和步驟進行金相分析，得到如下各個金相圖。

過濾網板垂直于板厚方向的金相組織為：鐵素體晶粒上分布著小顆粒狀的三次滲碳體，見圖5。由于過濾網的網孔是冷沖壓形成的，方向是從A面向B面沖壓，因此，在過濾網B面網孔邊角處的鐵素體晶粒發生嚴重地變形被拉長。

過濾網板B面平行于板厚方向的金相組織為：鐵素體晶粒上分布著小顆粒狀的三次滲碳體；在B2斷口旁邊有一條裂紋存在，同時在過濾網板B面另外的兩孔之間也發現有裂紋存在，裂紋類型是穿晶裂紋，見圖7和8。

圖3 過濾網宏觀形貌

圖4 過濾網上1、2、3處斷口低倍形貌（裂紋起源于B面黃色箭頭處）

4.微觀形貌分析

濾網斷裂前，無明顯塑性變形，斷口平、齊、亮。斷口形貌有解離河流花樣（圖9）。

濾網表面存在多處微細的裂紋（圖10）。

掰斷的新斷口，韌窩小而淺（圖11）。

5.元素分析

經掃描電鏡、能譜分析表明裂紋內部存在夾雜物。材質表面存在大量的裂紋，內部充滿鐵的氧化物。見圖12和表2。

圖6 過濾網上5處低倍形貌

三、分析與討論

1.材質分析

由于材質成分分析結果表明，過濾網骨架材質為10F鋼，而且硫元素超標。

圖7 過濾網垂直于板厚方向的金相組織（鐵素體+顆粒狀三次滲碳體）

圖8 過濾網B面平行于板厚方向的金相組織（鐵素體+顆粒狀三次滲碳體；裂紋以穿晶為主擴展，裂紋呈現人字形，由外部往里面擴散，裂紋沒有貫穿整個濾網的厚度。）

圖5 過濾網上4處裂紋及“裂紋斷口”低倍形貌（裂紋起源于B面黃色箭頭處）

圖9 過濾網B面平行于板厚方向的斷口形貌

圖10 過濾網B面平行于板厚方向的斷口形貌

圖11 過濾網的斷口形貌

表2 斷口處元素分析(質量百分數%)

1.F鋼易切削，冷變形塑性很好，深沖壓等冷加工性和焊接性能好，可用來制造易加工成形而對強度要求不高的零件。但是硫元素超標，會在軋制時產生熱脆斷裂，同時降低鋼的延展性和耐蝕性。

2.結論

由電鏡圖中可以判斷斷口為熱脆性斷口，說明了產生裂紋的主要原因不是由于環境引起的腐蝕斷裂，是由材質中的有害硫元素含量偏高，導致鋼原料中存在原始表面裂紋缺陷。

圖12 斷口元素分析位置

由于過濾網骨架的制備工藝：鋼板——沖壓——彎曲——焊接。在濾網的邊緣處會產生很大應力。這些微裂紋在外力作用下產生應力集中現象，當應力達到一定程度時候，裂紋開始擴展，導致斷裂。

四、改進措施

由于往復式壓縮機內介質為氫氣，易燃易爆且壓力較高，一旦有碎片進入壓縮機必然損壞壓縮機，給安全生產帶來極大的隱患。出現上述問題后，經討論分析決定將過濾網骨架材質更換為304不銹鋼，304不銹鋼是應用最為廣泛的一種鉻-鎳不銹鋼，作為一種用途廣泛的鋼，具有良好的耐蝕性、耐熱性，低溫強度和機械特性；沖壓、彎曲等熱加工性好，無熱處理硬化現象（使用溫度-196～800℃）。材質更換完后，以后幾次檢修再無出現問題。

[1] 50萬噸/年催化汽油選擇性加氫脫硫項目首次標定報告．惠州，惠州煉油運行一部，2013 16-17

[2]王廷溥，齊克敏，金屬塑性加工學--軋制理論與工藝．北京，冶金工業出版社，2012 119-120

[3]劉鳴放，劉勝新，金屬材料力學性能手冊．北京，機械工業出版社，2011 82-83

[4]李立碑，金屬材料物理性能手冊．北京，機械工業出版社，2011:189-190

TE968

B

1671-0711（2016）05-0058-04