答:[案例5-7]
(1)事故概况 2007年9月某石化有限公司在用压力容器材质为奥氏体不锈钢,压力容器内为高温高压氯溶液,由于应力腐蚀破裂造成高温高压介质外泄,使现场员工3人死亡,12人重伤(工业性中毒)。
(2)事故调查
1)断口判断:断口平齐,少部分呈塑料撕裂痕迹,破裂方向与主应力方向垂直,有明显看到裂纹源呈灰黑色,同时有明显裂纹扩展区,其断口呈人字纹,这是典型应力腐蚀开裂的结果。
2)断口的微观形态,表现为晶间断裂形态,晶间上有撕裂脊,呈现干裂的泥塘花样,说明应力腐蚀时间已较长。
(3)事故分析
1)应力腐蚀破裂是应力与腐蚀介质协同作用下引起的金属断裂现象。金属材料的腐蚀有多种,按腐蚀机理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀;按腐蚀部位和破坏现象,可分为均匀腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳等。在锅炉压力容器的腐蚀中,应力腐蚀及其造成的破裂是最常见、危害最大的一种。
2)金属构件在应力和特定的腐蚀性介质共同作用下,被腐蚀并导致脆性破裂的现象,叫作应力腐蚀破裂。金属构件的应力腐蚀,一般要具备两个条件:一是金属与环境介质的特殊组合,即某一种金属只有在某一类介质中,并且还必须在某些特定的条件下,如温度、压力、湿度、浓度等,才有可能产生应力腐蚀。二是承受拉伸应力,包括构件在运行过程中产生的拉伸应力和制造加工过程中所留下的残余应力、焊接应力、冷加工变形应力等。
3)产生应力腐蚀的环境总是存在特定腐蚀介质,这种腐蚀介质一般都很弱,每种材料只对某些介质敏感,而这种介质对其他材料可能没有明显作用,如黄铜在氨气氛中,不锈钢在具有氯离子的腐蚀介质中容易发生应力腐蚀,但反过来不锈钢对氨气,黄铜对氯离子就不敏感。常用工业材料容易产生应力腐蚀的介质见表5-7,一般只有合金才产生应力腐蚀,纯金属不会产生这种现象。合金也只有在拉伸应力与特定腐蚀介质联合作用下才会产生应力。应力腐蚀是一个电化学腐蚀过程,包括应力腐蚀裂纹萌生、稳定扩展、失稳扩展等阶段,失稳扩展即造成应力腐蚀破裂。
表5-7 合金产生应力腐蚀的特定腐蚀介质表(www.xing528.com)
4)氯离子对奥氏体不锈钢容器的应力腐蚀。无论是高浓度的氯离子,还是高温高压水中微量的氯离子,均可对奥氏体不锈钢造成应力腐蚀。应力腐蚀裂纹常产生在焊缝附近,最终造成容器破裂。
(4)结论意见 该压力容器长期在拉伸应力、残余应力、焊接应用作用,存装高温高压氯溶液,导致发生应力腐蚀破裂事故。
(5)预防措施
1)选用合适的材料,尽量避开材料与敏感介质的匹配,如不用奥氏体不锈钢材质制作接触海水及氯化物的压力容器。
2)在结构设计及布置中避免过大的局部应力产生。
3)采用涂层或衬里,把腐蚀性介质与容器承压壳体隔离,并防止涂层或衬里在使用中被损坏。
4)制造中采用成熟合理的焊接工艺及装配成形工艺,并进行必要合理的热处理,消除焊接残余应力及其他内应力。
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