Kvar vijka je tipičan problem pouzdanosti u petrohemijskoj i visoko-temperaturnoj opremi za izmjenu topline-pritiska tokom dugotrajnog{2}}opreme. Dvostrani vijci, kao ključne komponente za pričvršćivanje u zaptivnim strukturama izmjenjivača topline s plutajućim glavama, kondenzatora i posuda pod pritiskom, direktno utiču na ukupnu operativnu stabilnost opreme. Hladnjak s plutajućom glavom u sistemu regeneracije rafinerije nafte doživio je lom vijka nakon 16 godina rada. Ovaj slučaj pokazuje tipične karakteristike korozionog zamora i naponske korozione sprege, pružajući važnu referentnu vrijednost za razumijevanje mehanizma kvara pričvršćivača u vlažnim H2S okruženjima.
Oprema je radila pod sljedećim uslovima: temperatura cirkulirajuće vode na kućištu-od 90–100 stepeni, temperatura kiselog gasa- na strani cijevi od 30–35 stepeni i radni pritisci od 0,2 MPa i 0,4 MPa, respektivno. Medij je sadržavao određeni udio H2S i soli korozivnog medija. Specifikacija vijaka je bila M20×2,5 mm, a materijal je bio kaljeni i kaljeni čelik od 35CrMoA. Pod kombinovanim efektima-dugotrajnog naizmjeničnog termičkog naprezanja, prednaprezanja sklopa i srednje korozije, dvostrani zavrtanj{16}}na kraju se slomio u korijenu navoja.
Makroskopsko promatranje otkrilo je da se površina loma nalazi u području korijena navoja, s relativno glatkom morfologijom i bez očigledne makroskopske plastične deformacije. Crni proizvodi korozije prianjali su na površinu. Nakon čišćenja, površina loma je pokazala tipične karakteristike širenja zamora, pri čemu je pukotina nastala u korijenu navoja i širila se prema unutra pod uglom od približno 20 stepeni. Zatim je ušao u zonu brzog širenja pokazujući radijalni uzorak, što je na kraju rezultiralo trenutnim lomom. Ova morfološka karakteristika ukazuje da je proces kvara dvostranog mašinskog vijka uključivao više faza: zamor od korozije, korozijsko pucanje pod naponom i trenutni lom.
Analiza hemijskog sastava pokazala je da materijal u cjelini ispunjava zahtjeve standarda 35CrMoA, što ukazuje da kvar nije uzrokovan abnormalnim sastavom. Ispitivanje tvrdoće je pokazalo da je dvostrani zaporni vijak imao relativno visoku ukupnu tvrdoću, sa strukturom matrice koja se uglavnom sastoji od kaljenog sorbita, dostižući lokalni nivo od 350–360 HV, što je više od preporučenog raspona za konvencionalne zatvarače. Metalografska analiza dalje je otkrila određeni stepen razugljičenja na površini navoja, sa razugljičenim slojem od približno 31 μm. Mikrostruktura površine bila je pretežno feritna. Ova vrsta heterogene strukture lako dovodi do lokalizirane koncentracije naprezanja pod naprezanjem, izazivajući tako nastanak pukotine.
Analiza skenirajućim elektronskim mikroskopom (SEM) dalje je otkrila mehanizam loma dvostranog hex vijka. Uočene su očigledne pruge zamora u području nastanka pukotine, a proizvodi korozije su punili pukotinu tijekom širenja. Kako se brzina širenja prsline povećavala, površina loma je postupno prelazila sa širenja zamora na karakteristike pucanja zbog korozije pod naponom, pokazujući tipično kvazi{2}}cijepanje i radijalnu morfologiju širenja, što ukazuje da je korozivni medij sudjelovao u procesu širenja prsline. Analiza energetske disperzivne spektroskopije (EDS) pokazala je da proizvodi korozije sadrže visoke nivoe sumpora i male količine hlorida, što ukazuje na značajnu sulfidnu i hloridnu koroziju u radnom okruženju
Sveobuhvatna analiza pokazuje da je ovaj kvar tipičan problem korozionog zamora i sulfidnog naprezanja uzrokovanog korozijom naprslina uzrokovanu spregom više faktora. Mehanizam njegovog formiranja uglavnom se manifestuje u tri aspekta.
Prvo, faktori stresa. Dvostruki-svornjak s navojem doživljava veliko predopterećenje tokom montaže, što rezultira značajnim aksijalnim vlačnim naprezanjem u korijenu navoja. Istovremeno, struktura plutajuće glave unosi dodatni napon savijanja. Tokom rada, termičko naprezanje zbog širenja i skupljanja, opterećenja od vibracija od srednjeg protoka i ciklično naprezanje tokom pokretanja-paljenja i gašenja održavaju vijak u stanju velike fluktuacije naprezanja tokom dužih perioda, ubrzavajući početak i širenje pukotine.
Drugo, materijalni faktori igraju ulogu. Dok 35CrMoA čelik posjeduje visoku čvrstoću, vrlo je osjetljiv na pucanje izazvano vodonikom- i koroziju pod naponom sulfida pri visokoj tvrdoći. Relevantni standardi ukazuju da u sredinama koje sadrže H2S-, otpornost čelika visoke -ne čvrstoće na koroziju značajno opada ako tvrdoća prelazi određeni raspon. U ovom slučaju, dvostruki - zavrtanj ima preveliku tvrdoću i pokazuje lokalizirane defekte dekarbonizacije, dodatno smanjujući površinsku otpornost na pucanje i formirajući tipično područje nastanka pukotine.
Treće, faktori životne sredine su značajni. Medijum sadrži H2S, vlagu i soli, što dovodi do složenih reakcija korozije u elektrohemijskim uslovima. Anodnim procesom nastaje Fe2+, koji se kombinuje sa ionima sumpora da bi formirao FeS korozione produkte. Istovremeno, atomi vodika nastali katodnom reakcijom mogu difundirati u čelik, izazivajući vodikovu krtost i efekte stvaranja mjehura. Pod kombinovanim djelovanjem napona i korozije, pukotine se postepeno šire u korijenu dvostrukog-krajnjeg navoja zavrtnja, ubrzavajući kvar.
Nadalje, efekat proširenja zapremine produkata korozije dodatno pogoršava širenje pukotina kod vijaka s dvostrukim{0}}navojem. Volumen proizvoda korozije je tipično 2 do 4 puta veći od originalnog volumena, stvarajući dodatno naprezanje ekspanzije unutar zatvorene pukotine. To uzrokuje kontinuirano povećanje naprezanja na vrhu pukotine, čime se ubrzava proces loma. Ovaj mehanizam pozitivne povratne informacije "-naprezanja-širenja korozije" je ključna karakteristika ove vrste kvara.
Ukratko, ovaj tip kvara zavrtnja sa dva kraja je u suštini rezultat kombinovanih efekata koncentracije strukturalnog naprezanja, osjetljivosti materijala i korozivnog okruženja. Za slične uslove, potrebno je napraviti sveobuhvatna poboljšanja, uključujući smanjenje osjetljivosti na tvrdoću M10 dvostranih vijaka{3}}, optimizaciju procesa toplinske obrade, kontrolu nivoa predopterećenja i poboljšanje dizajna zaptivanja i zaštite od korozije, kako bi se poboljšala dugoročna-pouzdanost usluge konstrukcije.
Za dalje informacije o analizi mehanizma kvaravijci s dvostrukom-glavomili prilagođene preporuke za odabir zatvarača, kontaktirajte naš tehnički tim za inženjersku podršku i rješenja prilagođena vašim specifičnim potrebama.
Kontaktirajte nas
