论文导读:：反应器裂纹原因分析及处理措施，物理论文。
论文关键词：反应器裂纹原因分析及处理措施
我公司有一台核心反应器，其目的是将光气与DAM反应生成粗MDI，作为MDI装置中的关键设备，其安全稳定性对整个装置都是举足轻重的。由于在MDI反应中会生成大量气体HCl，且物料中存在含有微量水的可能性，因此选用耐腐蚀性能较好的316L材质作为反应器主材。该反应器是立式圆筒结构，封头为标准椭圆封头，筒体上均布4个耳座安装在钢结构上，上封头顶部装设搅拌机，反应器的结构示意图见图1，主要技术条件见表1。
图1 反应器结构示意图
表1主要技术条件
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操作条件
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设计压力 0.8MPa
设计温度 100℃
介 质 反应液
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材 质
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筒 体 316L
封 头 316L
搅拌器 316L
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规 格
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内 径 Φ3200mm
高 度 3850mm
壁 厚 16mm
容 积 32m3
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2、反应器的裂纹事故情况
该反应器2004年底投入使用，一直使用情况良好， 2007公司进行大修技术改造，对反应器结构做了部分改造，在上封头处增开了两个DN600的工艺管口物理论文，同时加入两个大口径插入管，增加载荷约2t。增开大型管口以及增加载荷导致原来的设备刚度不足，设计院后来出具处理办法，通过在上封头内部焊接8条筋来达到对上封头的增强效果，加强筋见图2。
图2 上封头筋板图
2009年7月，危险气体检测仪发出气体泄漏报警，公司设备人员对该反应器进行内外部检验。首先在上封头处发现长度约2.5mm的裂纹，此处裂纹正好位于电机的支撑处，并且是椭圆封头大R向小R的过渡点。装置因此紧急停车，随即对封头裂纹进行打磨，打磨后发现封头的裂纹成网状结构，并且越是忘下打磨，裂纹分布越是细，越是密，并且肉眼直接可以看见裂纹，见图3。往下打磨后裂纹的延伸方向是封头的大R和小R，即向上和向下延伸，横向方向上的裂纹已经全部清除，当封头被磨穿后发现封头内表面有一块筋板，即裂纹方向与筋板方向一致，见图4。
图3 网状裂纹清晰可见
图4 裂纹延展方向正好是筋板的方向
三、裂纹事故原因分析
1、腐蚀
事故发生后检查了反应器的原始资料，最初鉴于设备的重要性，要求设备主材316L必须进口自欧美发达国家。但是设备制造厂在设备制造过程中反馈，筒体采购自韩国D.K.C，上封头采购自南非COLUMBUS公司的钢板才可满足交货期，出于项目进度要求，我们同意了设备厂的代用请求论文范文。该设备材质的主要性能参数如下：
①化学成分（见表3）
②常温下的机械性能（见表4）
③热处理制度 筒体钢板固溶退火处理1100℃，水冷
封头冷旋压，未作热处理
表3化学成分
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C
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Mn
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Si
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P
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S
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Cr
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Mo
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Ni
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规定值
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＜0.03
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＜2.00
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＜0.75
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＜0.03
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＜0.02
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＞16.0
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2.0-3.0
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10.0-14.0
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筒 体
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0.015
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1.01
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0.60
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0.03
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0.009
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16.94
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2.14
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10.31
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上封头
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0.026
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1.59
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0.54
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0.02
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0.007
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16.63
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2.16
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10.28
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表4常温下的机械性能
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屈服强度
σ 0.2（MPa）
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屈服强度
σ 1.0（MPa）
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抗拉强度
σb（MPa）
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延长率
δ（%）
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硬 度
HRB
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规定值
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＞170
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＞170
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＞485
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＞40
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＜95
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筒 体
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311.4
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343.4
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576
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65.2
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75.1
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上封头
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320.5
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345.3
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626
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52.2
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87.5
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如果反应器内有微量水分进入，与光气反应就会生成盐酸物理论文，由奥氏体不锈钢的腐蚀特性知，奥氏体不锈钢在氧化性介质中可能存在晶间腐蚀，在有氯离子的介质环境中也容易引起应力腐蚀。根据文献⑴，奥氏体不锈钢发生氯离子导致的应力腐蚀开裂的温度敏感区一般是150-280℃，在这一温度区域内，氯离子质量浓度很小就可以引起奥氏体结构的晶间腐蚀而导致腐蚀开裂（2）。由于本台设备运行温度只有50℃，远低于应力腐蚀开裂的温度敏感区间，同时测量相邻部位的壁厚和观察内壁，其他部位并无明显腐蚀痕迹，因此可以排除应力腐蚀开裂的可能。
2、疲劳载荷
⑴根据薄壁壳体的无力矩理论，采用微体平衡方程可以推导出内压作用下的椭圆封头的应力公式
图5 标准椭圆封头的应力分布
对于标准椭圆封头，在x=0即椭球壳顶点处，
在x=a处， ，
由此可见，反应器内部出现裂纹的地方正是拉应力转为压应力的过渡点，也就是说在这一点，受力状况最复杂，而当初设计的加强筋不仅仅导致了应力集中的出现，而且限制了椭圆封头的形变，使椭圆封头不能整体协调变形。
⑵而且本反应器上封头有一个比较大的搅拌器，搅拌器的载荷参数见表5。搅拌器在运行过程中对反应器产生较大的竖直载荷、扭矩和弯矩，这些载荷进一步恶化了封头的受力状况，进而导致裂纹的产生。
表5搅拌器参数
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重量（kg）
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转速（rpm）
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竖直载荷（N）
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扭矩（Nm）
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弯矩（Nm）
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3400
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145
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74500
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12700
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24500
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⑶进一步对筒体与封头的化学成分和材料机械性能进行分析，来自南非的封头材料含碳量和硬度明显高于筒体材料，延展率远低于筒体材料。在反应器整体受内压和搅拌器载荷综合作用下，相比较而言封头的协调变形能力更差，同样情况下更容易出现裂纹。而且上封头在冷旋压成型后未作去应力热处理，出现裂纹处是封头部位变形减薄量最大的地方，在这一点会存在残余应力。
综合以上分析物理论文，基本可以判断封头裂纹是由于搅拌长期运行带来的疲劳载荷造成的，同时与加强筋的不合理设置也有关系。
四、处理措施
对于检修中发现的问题采用了如下处理方法：割除出现裂纹的加强筋，将封头磨开的地方用GTAW自熔一道，将留在筋板上的疑似网状裂纹去除，再用GTAW打底焊2道，采用ER316L自保护焊丝，焊后PT检查，合格后用SMAW E316L-16填充，焊后将补焊处打磨至与母材平齐，PT检查合格。
五、结论
1、在设备改造过程中，对于大开孔带来的强度削弱一定要慎重对待，要经过严密的分析和计算，不能通过想当然地通过“经验”处理相关问题，必要时应用JB4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》计算各种应力值；
2、奥氏体不锈钢材料力学性能优良，在焊接和封头成型过程前后一般不需要热处理，但是对于关键设备，尤其是载荷情况较复杂的设备建议做固溶处理；
3、产自南非、韩国、东南亚等国家和地区的材料不论是在化学成分上还是综合力学性能上要远远差于欧美发达国家，在选用时要加倍小心。
参考文献
[1]王非，林英.化工设备用钢[M].北京：化学出版社，2003.
[2]张铁峰，奥氏体钢炉管的应力腐蚀开裂及防护措施探讨[J].石油化工设备技术，2002，23（6）：21-28.
[3]JB4732-1995 钢制压力容器——分析设计标准.
[4]郭建华，加氢裂化反应器堆焊层剥离和开裂原因分析[J].石油化工技术与经济，2009，25（6）：34-38.
[5]孙伟明，张康达，郭安吉.0Cr18Ni12Mo2Ti奥氏体不锈钢的疲劳性测试和S-N曲线的验证[J].核动力工程，1998，19（4）：360-363.
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