绝缘接头分析与讨论

绝缘接头分析与讨论
　　1、绝缘接头结构解剖分析
　　通过对发生天然气泄漏的该绝缘接头进行实物解剖测绘和宏观检查结果可知，该绝缘接头结构设计不符合SY/T0516—2008标准要求，其固定环由大小两个管短节焊接而成，而产品标准设计要求为一体的结构锻件。据该绝缘接头实物剖面宏观观察，其结构连接部位横截面的焊缝内部存在大量的未熔合、气孔及裂纹等各种缺欠或缺陷，且就裸眼观察结果，其缺陷尺寸已超过了无损检测标准对三级锻件的限定，焊缝内在质量在生产、检测及产品入库阶段均未能按照标准相关技术条款进行全面验收，也就是说绝缘接头的生产制造及验收也不符合SY/T0516—2008标准要求。该绝缘接头内法兰结构设计不符合标准要求，选用翻边长度不足20mm的法兰替代了颈部要求加长的特定法兰，且法兰翻边采用机械加工而成，法兰盘与颈部成90°夹角，此结构使得法兰盘与颈部连接处存在较大的应力集中；另外，标准设计要求法兰与袖管相连接的环焊接头应在固定环腔体外侧，该接头设计将环焊接头位置移位到固定环腔体内侧，尤其是法兰的颈部长度很短，使得法兰与袖管相连接的环焊缝热影响区正好也位于长度较短的翻边段，使得翻边段成为环焊缝接头的薄弱环节。基于以上因素，就使得该法兰正常承载能力显著减小，发生低应力断裂的几率大大增加。
　　2、理化分析
　　据该绝缘接头结构件化学成分检测结果可知，其中袖管的理化性能、固定环化学成分满足SY/T0516—2008要求，但绝缘接头核心结构件左、右法兰材料中C、P、S元素的含量和碳当量不符合该标注要求，Si、P、S含量远超出JB4727、JB4726、GB50251、GB50253、GB9711及API5L等相关标准控制上限指标要求。法兰成分控制不当，C元素和P、S有害元素偏高不仅会严重影响材料的可焊性，同时也会使材料抗断裂能力大大降低。
　　对左、右法兰进行金相显微镜和扫描电镜微观组织观察结果显示，法兰基体中镶嵌有大量的形状不规则的团块状夹渣物，且与基体之间结合较为疏松，对这些镶嵌物进行X射线能谱分析结果表明，其主要由Fe、Si、S、Ca、O、Na、P等元素构成。从镶嵌物化学元素可以推断，法兰中团块状夹渣物可能为炉渣。钢坯中一旦存在这类大型夹渣缺陷，其一方面会使材料连续性大大降低，另一方面，在法兰服役过程中，夹渣处存在较大的应力集中，夹渣与基体间易萌生裂纹，形成裂纹源，使法兰抗裂纹扩展能力降低。此外，通过对法兰基体的微观组织观察可知，法兰组织偏析现象较为明显，靠近其内、外壁层组织相对较为细小，而在偏析带及壁厚中心位置铁素体晶粒较为粗大。两件法兰基体中均发现有大量的树枝晶缺陷和缩孔缺陷。扫描电镜观察发现，该法兰基体组织中枝晶缺陷异常发达，法兰纵截面上大量聚集分布的枝晶露头几乎扩展到法兰外表面层。枝晶露头和缩孔在法兰基体中星罗棋布的存在现象说明，该法兰基体为铸态组织，法兰并非采用锻造生产工艺制造，其属于铸件法兰。这也是在法兰的断口观察中，发现整个断口面宏观几乎呈结晶形貌，微观呈解理形貌的原因所在。
　　3、法兰断裂过程分析
　　法兰断口宏观观察可知，整个断口3/4区域较为粗糙，1/4区域断口较为平滑，且与其断口平滑区域所对应周围绝缘层材料颜色较其它位置暗淡，绝缘层材料表层具有明显的非均匀剥落现象，其属于高压流体冲刷腐蚀特征。冲刷腐蚀特征以9点钟位置附近最为严重，向两侧腐蚀特征逐渐减弱，该区域覆盖了7：30—10：30范围。由此可说明，绝缘接头断裂不属于一次性快速断裂失稳，应是在局部冲刷腐蚀区先发生开裂，造成高压气体泄漏，而后随着高压气体的不断冲蚀，使得管体承载能力持续下降，最后导致绝缘接头瞬时完全断裂。取样前现场测量结果表明，右侧法兰断口处袖管与南侧法兰接头连接袖管成约5°的弯曲角度，原管线向西方向弯曲，9点钟方向位置恰好为管线弯曲后的外弧侧。据受力分析，管线弯曲后，其弯曲段外弧侧会附加一个弯曲拉应力的作用。断裂短节管的直径测量可知，靠近断口处袖管的直径较远离断口处管体外径明显减小，表现出缩颈的现象。对断口处试样进行显微组织分析结果表明，8点钟位置的组织存在明显的流线变形，而远离该区域的1点等处断口试样显微组织观察结果未见明显的组织变形现象。这一现象说明，该绝缘接头在断裂前，断口附近处曾承受过较大的应力应变。
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