碳黑洗涤塔给水泵轴断裂失效分析.pdf
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1、第 3 8卷第 5 期 2 0 0 9年 9月 石油化T设备 P ETRO CHEMI CAL EQUI PMENT V0l _3 8 No 5 Se pt 2 00 9 文章 编 号 :1 0 0 0 7 4 6 6 ( 2 0 0 9 ) 0 5 0 0 9 6 0 4 碳黑洗涤塔给水泵轴断裂失效分析 杨 久 宜 ( 甘 肃 刘 化 ( 集 团 ) 有 限 责 任 公 司 ,甘 肃永 靖 7 3 1 6 0 3 ) 摘 要 :通过 对碳 黑洗 涤塔 给水 泵 经 常发 生 断 轴 事故 的 问题进 行 失效 分 析 , 发 现 3 8 C r Mo A1 A 泵 轴 表 面 经过 电镀硬铬
2、 强 化 处理 工 艺后 , 不仅使 泵轴表 面镀 层存 在微 裂 纹 , 而且使 基体 材料 产 生 氢脆 损 伤 。微 裂纹 和 氢脆损 伤在反 复 弯 曲应 力和腐蚀 介 质 的作 用下 迅速 扩 展 , 最 终 导致 泵轴 发 生腐 蚀 疲 劳断 裂 。分 析 结果说 明 , 用 3 8 C r Mo A1 A 铜 制造 的碳 黑 洗 涤塔 给 水 泵 泵 轴 不 宜使 用 表 面镀 铬 的强 化 处 理 。 关键 词 :碳黑洗涤塔 ;给水泵;泵轴;断裂 ;腐蚀疲劳 中图 分类 号 :TQ 0 5 1 2 1 ;TQ 0 5 0 7 文献标 志码 :B F a i l u r e An
3、 a l y s i s o f S h a f t Fr a c t u r e o f Ca r b o n Bl a c k S c r u b b e r Fe e d W a t e r Pu mp YANG Ji u y i ( Ga n s u I i u h u a Gr o u p Co L t d ,Yo n g j i n g 7 3 1 6 0 3。Ch i n a ) Ab s t r a c t :Pu mp s h a f t f r a c t u r e i n f l u e n c e s t h e l o n g c y c l e s t a b l
4、 e o p e r a t i o n o f t h e g a s i f i e r s e r i o u s l y, a s t h i s f r e qu e n t l y h a pp e n s i n c a r b on bl a c k s c r u bb e r A f a i l ur e a na l y s i s o f t he f r a c t ur e d 3 8 Cr M o A1 A pu mp s ha f t wa s i mpl e m e n t e d The r e s u l t s s ho w t ha t , ha r
5、d c hr o m i u m e l e c t r o pl a t i ng e n ha n c e d pr o c e s s e s o n t he s ur f a c e l e a ds t o o v e r l a y c o a t i ng o f p ump s h a f t m i c r oc r a c k a nd ba s e ma t e r i a l s hy d r og e n br i t t l e n e s s Af t e r pu m p s ha f t wi t hs t o o d t h e r e pe a t e
6、d a c t i o n o f be nd i ng s t r e s s a nd c or r os i o n me d i um ,i t wa s d ue t o c o r r o s i on f a t i g ue f r a c t ur e The c o nc l us i on s ho we d t ha t 3 8Cr M oA1 A pu m p s ha f t i n a pp r op r i a t e l y e mpl o ys t hi s t y pe o f t r e a t m e n t t e c hni q ue K e y
7、wor ds: c a r b o n bl a c k s c r u bbe r; f e e d wa t e r pu m p; p ump s h a f t ; f r a c t u r e; c or r o s i o n f a t i gu e 刘 化集 团化 肥 厂碳 黑洗 涤 塔给 水泵 ( 位 号 4 1 1 3 一 P 5 ) 经常发牛 泵轴 断裂 事故 , 严 重影 响 了气化 装 置 的 连续长周期 运行 , 成 为化 肥厂长周 期连续 生产 的一 大 障碍 。 碳黑洗涤塔介质为碳黑水 , 水质 p H 值 4 5 5 3 , 给水泵 设计 体 积流 量 为
8、1 4 2 m。 h , 出 口压 力 为 9 9 5 3 MP a , 入 口压 力 0 2 1 7 MP a , 人 口温度 1 2 O 1 3 O 。泵 轴材 料 3 8 C r Mo A1 A, 连续 运 行 时 间最 长 的 1 5 a , 最短 的仅 2 4 h。 3 8 C r Mo A1 A 为高 级 氮 化 钢 , 具 有 优 良 的 氮 化 性 能 和力学 性 能 。一 般 进 行调 质 处 理 , 其 具 体 工 艺 为淬 火加热 温 度 9 4 0 , 保 温 时 间 根 据具 体 工 件 尺 寸大 小 确定 , 一 般 为 3 0 6 O mi n , 淬 火 介 质
9、 为 水 或 油 , 回火 温度 6 4 0 , 水冷 或油 冷l 2 j 。表 面强化 渗 氮 处理 为T 件 加 工 的 最 后 一 道 工 序 , 经 渗 氮 处 理 后 , 3 8 C r Mo A1 钢 表 面可 获 得 高 硬 度 氮 化 层 , 最 大 硬 度 可 达到 9 0 0 1 0 0 0 Hv , 可 大 幅提 高 加 T 零 件 的疲 劳 强度 和抗 过热 性 , 通 常用于 制造 高疲 劳 强度 、 高耐 磨 、 热 处理 后 尺寸 要求 高 的轴 、 杆类 零 部 件 , 如塑 料 机 械 的机 筒 、 螺 杆等 J 。 文 中介 绍 对 该 厂 2台 连 续 运
10、 行 3 0 d断 裂 的 3 8 C r Mo A1 泵轴 进 行失效 分 析 的情 况 。 1 检验 1 1 化学成分和力学性能 分别 在 编号 为 1 和 2 的 断轴 上取 样 进行 材 料 收 稿 日期 :2 0 0 9 0 4 2 7 作者简介 :杨久宦 ( 1 9 5 4) , 男 , 四川 I 德 阳人 , 1 二 程师 , 学士 , 长期从事化 肥厂设 备技术管理工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 杨 久 : 碳 黑 洗 涤 塔 给 水 泵 轴 断 裂 失 效 分 析 化 学成分 分析 结 果 见表 1 。结 果 表 明 , 断
11、裂 泵轴 材 料的化学成分符合文献 2 中 3 8 C r Mo A | A的规定 。 轴 拉伸试 样 断于标 准 要 求值 以下 , 所 以只提 供 了抗 拉 强度 数据 。试验 结 果 表 明 , 冲击 值 低 于 图样 和标 2个 断裂 泵 轴 的力 学性 能试 验 结 果 见表 2 。泵 准要求 。 表 1 泵 轴 材 料 3 8 C r Mo Al A 化 学成 分分 析 ( 质 量 分 数 ) 名称 热处理状态 R M a R MP a 延伸率 A 回火态硬度 HB 冲击吸收功 Ak J 1 2 宏观 检查 2个泵轴断裂的位置在同一端, 1 。 轴断面直径 5 0 1 m n q
12、, 断 裂 的位置 距端 面 1 0 2 mm, 断 口较平 齐 , 断面粗糙 , 存 在疲 劳 裂 纹 扩展 的 弧 线带 。断 面 有 污 物 , 清洗 后无金属光泽 。 呈铁灰 色 , 单个裂纹扩 展区面 积约占整个断面的 1 2 , 2个扩展区总面积较大。瞬 断 区相对面积较小且位 于中间 , 起伏较 大 。整个 断裂 面呈反复弯 曲疲 劳特征 ( 图 1 ) 。2 轴断面直径 为 4 1 4 1 q 1T t , 断裂的位置距端面 6 7 9 I iT I , 断 口平齐, 表面多 源起裂 , 起裂 源 区有 台阶 , 表 面存在 应 力集 中。断面 有污物 , 清 洗 后无 金 属
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