硝酸罐泄漏原因分析

吳月龍　王慶勇

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東271100)

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硝酸罐泄漏原因分析

吳月龍王慶勇

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東271100)

某化工廠使用304酸洗板焊接加工硝酸罐。硝酸罐使用不足一月后，罐體焊縫附近出現(xiàn)孔洞，以致發(fā)生硝酸泄漏事故。為查明事故原因，對(duì)硝酸罐取樣進(jìn)行檢測(cè)分析。

1試驗(yàn)方法

(1) 宏觀檢測(cè)，對(duì)所送檢的缺陷樣品進(jìn)行圖像采集，宏觀分析。

(2) 化學(xué)成分檢測(cè)，在送檢試樣上截取化學(xué)成分試樣，用SPECRTOLAB M10型光電直讀光譜儀對(duì)試樣化學(xué)成分進(jìn)行分析。

(3)金相分析，對(duì)送檢試樣截取金相試樣磨制、拋光，在GX51金相顯微鏡上進(jìn)行金相檢測(cè)。

2試驗(yàn)結(jié)果

2.1　宏觀檢測(cè)結(jié)果

試樣取自硝酸罐罐體焊縫附近孔洞缺陷處，宏觀檢測(cè)結(jié)果見圖1。該試樣共存在兩處明顯孔洞缺陷，孔洞位于焊接接頭熱影響區(qū)范圍內(nèi)，其中孔洞1貫穿整個(gè)酸洗板厚度，孔洞2未穿透酸洗板。孔洞處有大量灰色顆粒狀物質(zhì)排列其中，顆粒物排列致密度遠(yuǎn)低于孔洞周圍基體致密度。

圖1　試樣宏觀檢測(cè)結(jié)果Figure 1　Macro detection result of specimen

2.2　化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果

對(duì)試樣進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)，結(jié)果見表1, 各元素含量均符合國(guó)標(biāo)要求。

2.3　金相檢測(cè)結(jié)果

在孔洞2處沿垂直于焊縫方向截取試樣，磨制、拋光后經(jīng)苦味酸鹽酸酒精溶液腐蝕后，對(duì)焊縫位置進(jìn)行金相分析，結(jié)果見圖2。焊縫組織為奧氏體+鐵素體。

圖2　焊縫處金相組織Figure 2　Metallographic structure of weld

試樣磨制、拋光后對(duì)熱影響區(qū)孔洞處進(jìn)行金相檢測(cè)，結(jié)果見圖3?？锥刺幋嬖诖罅苛鸭y，見圖3(a)。經(jīng)苦味酸鹽酸酒精溶液腐蝕后發(fā)現(xiàn)裂紋>為沿晶裂紋，基體處組織為奧氏體組織，晶粒度為4.5級(jí)，見圖3(b)。將熱影響區(qū)內(nèi)孔洞附近組織放大后發(fā)現(xiàn)晶界處存在大量的碳化物，見圖3(c)、3(d)。

表1　 試樣化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1　Test result of specimen chemical composition (mass fraction, %)

(a)孔洞2處未腐蝕

(b)孔洞2處腐蝕后

(c)孔洞2末端腐蝕后放大

(d)孔洞附近放大圖3　孔洞2處金相檢測(cè)結(jié)果Figure 3　Metallographic test result of the hole 2

3原因討論與控制措施

3.1　原因討論

試樣化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果顯示，各元素含量均符合國(guó)標(biāo)要求，硝酸罐孔洞缺陷與化學(xué)成分無關(guān)。

孔洞位于焊縫附近，焊縫組織正常。位于熱影響區(qū)的孔洞處的斷裂形態(tài)為沿晶斷裂，晶界處發(fā)現(xiàn)大量碳化物析出，說明材料處于敏化狀態(tài)。304酸洗板被敏化的原因是由于試樣的C元素處于飽和狀態(tài)，在450～850℃敏化溫度區(qū)間長(zhǎng)時(shí)間停留使過飽和的碳向晶界擴(kuò)散并析出，與附近的Cr元素形成Cr23C6化合物，從而使基體附近形成貧Cr區(qū)，使材料處于敏化狀態(tài)。由于材料處于敏化狀態(tài)，在腐蝕介質(zhì)硝酸的作用下，晶界附近連成網(wǎng)狀的貧Cr區(qū)被率先溶解而腐蝕，從而形成孔洞。

所以，硝酸罐孔洞缺陷形成的原因是由于制作過程中焊接熱量過大、冷卻速度過緩使材料在敏化區(qū)間停留時(shí)間過長(zhǎng)造成材料敏化、耐腐蝕性能降低所致。

3.2　控制措施

根據(jù)硝酸罐孔洞形成原因，可從以下兩個(gè)方面進(jìn)行控制：

(1)優(yōu)化焊接工藝。通過減小焊接電流和提高冷卻速度的方法可減低304材料在敏化區(qū)間停留時(shí)間，從而有效降低此類事故的發(fā)生概率。

(2)合理選材。硝酸為強(qiáng)腐蝕溶液，盛裝硝酸的容器應(yīng)使用硝酸級(jí)不銹鋼，如304L。304為普通不銹鋼，不適合制作硝酸罐。

4結(jié)論

硝酸罐發(fā)生泄漏事故的主要原因是由于硝酸罐制作過程中焊接熱量過大、冷卻速度過緩，使材料在敏化區(qū)間停留時(shí)間過長(zhǎng)造成材料敏化、耐腐蝕性能降低所致。

控制此類事故發(fā)生的主要措施是：根據(jù)材料特性選擇合適的焊接工藝；根據(jù)用途選擇合適的材料制作容器。

編輯傅冬梅

摘要：針對(duì)硝酸罐泄漏事故，選取試樣進(jìn)行宏觀檢測(cè)、化學(xué)成分分析及金相分析。分析結(jié)果確認(rèn)焊接工藝不當(dāng)使材料敏化和選材不當(dāng)是造成事故發(fā)生的主要原因。提出了控制焊接熱量、改變選材等措施。

關(guān)鍵詞：304酸洗板；硝酸；敏化

Leakage Cause Analysis of Nitric Acid Tank

Wu Yuelong, Wang Qingyong

Abstract：Regarding to nitric acid tank leakage accident, a series of detection and analysis have been carried out, such as macro detection, chemical composition analysis and metallographic analysis. The result confirmed that sensitization of material resulted from improper welding technique and unsuitable material selection were main cause of the accident, further measures of welding thermal control and material selection change have been put forward.

Key words：304 pickling plate; nitric acid; sensitization

收稿日期：2014—05—05

中圖分類號(hào)：TG115

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B