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特殊工况用工艺管道的失效分析及其解决对策

作　者: 钟京
导　师: 杨振国
学　校: 复旦大学
专　业: 材料学
关键词: 失效分析表征方法聚四氟乙烯高压循环冷却器热性能腐蚀和结垢
分类号: U173
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文综合应用了失效分析的基础理论、测试技术和表征分析方法,系统研究和解决了工业生产企业所发生的非金属材料和金属材料制特殊工况用工艺管道的失效案例。采用X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)等方法对两种颗粒改性PTFE软管的组成、结构等进行了表征分析;利用示差扫描量热法测试(DSC)、热重分析测试(TG)、差热分析仪(DTA)等热分析方法对两种颗粒改性PTFE软管的导热系数及其他热性能进行了测试分析;通过两个月的腐蚀介质浸泡试验,对软管的耐腐蚀性能进行了评价;并使用三维体视电镜对其表面形态进行了观察。结果表明国产和进口F4软管均是由基体聚四氟乙烯(PTFE)和填充料石墨粒子所组成的共混材料,进口软管表面质量相对好些。两种软管的热性能基本一致。它们能耐各种化学介质的腐蚀,性能均优异,两者的耐蚀性无明显差异。采用光电直读光谱分析和金相组织检验对高压循环气体冷却器三通夹套管的材质进行了检验分析;利用X射线荧光分析(XRF)、X射线衍射分析(XRD)和热重分析(TGA)等方法对夹套管内壁腐蚀物的化学成分和元素组成进行了表征分析,并通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)对腐蚀物的微区形貌和成分进行了系统观察和深入分析。采用光电直读光谱(OES)、金相组织检验等方法对高压循环气体冷却器内管的化学成分和微观组织进行了表征分析和观察,并通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)方法对内管断口表面形貌及其表面腐蚀物的主要元素组成进行了观察和分析。采用光电直读光谱(OES)和金相组织检验对高压循环气体冷却器内管的材质进行了检验分析,通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)对其爆裂断口的微区形貌和成分进行了系统观察和分析。采用ICP-AES等离子发射光谱、离子色谱和红外光谱(FTIR)对循环冷却水的元素种类、阴离子含量和沉淀物的成分进行了表征分析。结果表明高压循环气体冷却器的夹套管、内管的材质均符合质量评定标准;含有一定比例氯离子的不合格循环冷却水是导致内管腐蚀速率加快、壁厚局部减薄迅速,以致强度不足而发生爆裂的主要起因;冷却器的夹套管和内管弯头在冷却水出口处附近的严重结垢,产生了垢下腐蚀和点腐蚀,并导致水流改变产生了局部冲刷效应,这是内管、夹套管腐蚀加剧、壁厚减薄变快的另一关键原因;冷却器冷却水出口处及其附近的弯头的腐蚀物堵塞,干湿交替介质工况不仅导致腐蚀物的快速脱落和局部腐蚀加剧,而且脱落的腐蚀物又使水流改变流向产生冲刷作用,这是夹套管出口处附近内管腐蚀减薄快速的又一重要原因;冷却器的结垢现象相当严重,数量多、分布广、垢物硬,这是与加入的阻垢剂功能失效和加入量不足密切相关。最后根据上述关于工业生产中所使用的非金属材料和金属材料制特殊工况用工艺管道的失效分析,得出国产颗粒改性PTFE软管的主要性能已达到国外同类产品的水平。针对高压循环冷却器的失效提出了相应的解决对策,从而有效预防了类似事故的再次发生,减少了经济损失,避免了可能的人员伤亡,使企业的生产更加安全、可靠和高效。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
第一章绪论  9-15
  1.1 引言  9-11
    1.1.1 失效与失效分析  9-10
    1.1.2 失效分析的意义和任务  10-11
  1.2 本文的研究内容与方法  11-12
  1.3 本文的研究目的与意义  12-14
  参考文献  14-15
第二章文献综述  15-24
  2.1 聚四氟乙烯及其改性  15-16
    2.1.1 聚四氟乙烯  15
    2.1.2 聚四氟乙烯的改性  15-16
    2.1.3 石墨填充PTFE的导热性能  16
  2.2 高压循环气体冷却器  16-17
    2.2.1 换热器和管壳式换热器  16
    2.2.2 冷却器的失效  16-17
  2.3 本文的试验方法和所用仪器  17-22
    2.3.1 X射线衍射分析  17-18
    2.3.2 FT-IR红外吸收光谱测试  18
    2.3.3 X射线光电子能谱  18-19
    2.3.4 差示扫描量热分析  19
    2.3.5 同步热分析  19
    2.3.6 光电直读光谱分析  19-20
    2.3.7 金相组织检验  20
    2.3.8 X射线荧光分析(XRF)  20
    2.3.9 扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)  20-21
    2.3.10 ICP-AES等离子发射光谱分析  21
    2.3.11 离子色谱分析  21-22
  参考文献  22-24
第三章改性PTFE软管的材质鉴定及其性能比较与评价  24-38
  3.1 前言  24
  3.2 国产和进口F4软管的结构和成分的表征与分析  24-29
    3.2.1 XRD相结构分析  24-26
    3.2.2 FT-IR基体成分分析  26-27
    3.2.3 XPS表面组成元素分析  27-29
  3.3 国产和进口F4软管性能的表征与分析  29-35
    3.3.1 DSC分析  29-30
    3.3.2 同步热分析  30-32
    3.3.3 石墨加入对F4软管相关性能的影响  32-33
    3.3.4 导热系数研究  33
    3.3.5 热性能比较  33-34
    3.3.6 耐蚀性试验  34
    3.3.7 三维电镜表面形貌观察  34-35
  3.4 本章小结  35-37
  参考文献  37-38
第四章高压聚乙烯装置循环气体冷却器的  38-75
  4.1 前言  38
  4.2 高压循环气体冷却器的设备概况  38-40
  4.3 循环冷却器的外观检查  40-46
    4.3.1 夹套管的外观检查  40-43
    4.3.2 内管及弯头的外观检查  43-46
  4.4 冷却器三通夹套管内壁腐蚀物分析  46-55
    4.4.1 样品取样过程  46-48
    4.4.2 化学成分  48
    4.4.3 金相组织检验  48-49
    4.4.4 X射线荧光分析(XRF)  49-50
    4.4.5 X射线衍射分析(XRD)  50
    4.4.6 热重分析(TGA)  50-51
    4.4.7 夹套管内壁腐蚀物的观察和分析  51-55
  4.5 冷却器内管断口的失效分析  55-62
    4.5.1 断口取样  55-57
    4.5.2 化学成分分析  57-58
    4.5.3 金相组织检验  58
    4.5.4 内管断口分析  58-62
  4.6 循环冷却水的水质分析  62-64
    4.6.1 ICP-AES等离子发射光谱分析  62-63
    4.6.2 DX-500离子色谱分析  63-64
    4.6.3 红外光谱分析(FTIR)  64
  4.7 循环冷却器腐蚀失效起因的综合分析  64-67
    4.7.1 溶解氧产生的均匀腐蚀和垢下腐蚀  65-66
    4.7.2 氯离子引起的点蚀  66-67
    4.7.3 堵塞引起的气相腐蚀、干湿交替腐蚀及冲击效应  67
  4.8 腐蚀与结垢的防护措施及监控方法  67-72
    4.8.1 腐蚀的防护措施及其监控方法  68-70
    4.8.2 结垢影响因素及其监控方法  70-72
  4.9 本章小结  72-74
    4.9.1 结论  72-73
    4.9.2 对策  73-74
  参考文献  74-75
第五章结论  75-76
作者在硕士研究生学习期间发表或待发表的论文  76-77
致谢  77-78

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