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文章编号
０ ５ —０ ４ ２ １ ） ３ ３ ７ —３ ２ ４ ６ ９ （ ０ ０ ０ ｄ３ ００
钻 杆是 焦炭 塔 除 焦 设备 的重 要 组 件 ， 杆 在 钻 塔 内垂直 竖立 ， 端部 由卷 扬机 构提 动 ， 直伸 入 其 垂 焦炭塔 中以一定 的速 度上 下运 动 ， 同时缓 慢 自转 。 在正 常生产 过程 中 ， 钻杆 管 中 通入 约 ２ ｂＰ ０ ｌａ的 高
缝 与母 材 的熔 合 线 上 ， 即管 头 的 内坡 口上 管 头 在
焊 接前 开有 Ｖ形坡 口， 图 ３中 Ａ处 ） 焊 材 金 属 （ ， 与 内坡 口已经发 生 了剥 离 ， 说 明管 母 材 与 焊 材 这
钻杆 材料 具有 较 高 的强 度 与 硬 度 ， 对 接 两 但 管 的焊缝 区却 是 力 学性 能 的 薄弱 区 ， 强 度 与 硬 其 度 明显低 于管 材 。在 管头 与焊缝 的交界 处存 在硬 度 的陡 降 ， 应该 是在 拉应 力 的作用 下 ， 这 造成 焊缝 区缩 径变形 和焊缝 材料 与母 材 剥离 的直 接原 因 。
料抗 拉强 度值 。按 标 准 进行 换 算 ， 出管材 平 得
均 抗 拉 强 度 为 ９ ３ ａ 焊 缝 区 抗 拉 强 度 为 ７ ＭＰ ；
７ ５Ｍ Ｐａ。 ０
缝 金属 明显 比母 材 金属腐 蚀 严重 。外 壁焊 缝 的断
裂 点产 生在 焊缝 的 中部 ， 内壁 断裂 点 出现 在 焊 而
压 冷 水 ， 通 过 钻 杆 下 端 的 切 焦 器 孔 向 塔 内 焦 炭 并
高速 喷射 ， 出通 道 ， 打 然后再 匀 速伸入 通道 进行 侧 喷， 对焦炭 进行 高压 水切 割 ， 时钻杆 的使 用环 境 此
温度 不超 过 ２ ０ ， ０ ℃ 其表 面 接触 水 气 和二 氧 化 碳 。
经 过长 时 间运 行 ， 杆 发 生断 裂 ， 部 落入 塔 中。 钻 下 断裂 点是 在距 离下 端钻 头 ９ ６ 的两 管 对接 焊 口 ．ｍ 处 。笔者 分析 了断 裂原 因并提 出了预见性 维修 措
图 １ 断 口全 貌
断 口表 面呈锈 蚀 状 ， 中有 １３区域 为 红 褐 其 ／ 色 ， 明该 区开 裂较 早 ， 余 部分 为 黑 黄色 ， 明 说 其 说 开 裂时 间较 短 。在 早期 断裂 区 中部存 在 多个 明显 的焊接 未 融 合 缝 隙 和气 孔 （ ２中箭 头 所 指 ） 图 。 钻 杆 的内外壁 皆有 锈蚀 ， 内壁 还 存 在严 重 的点 而 蚀 。在 焊接 的焊缝 区存 在一 个宽 度约 为 ３ ｍｍ 的 ０
２ ５ 金 相 检 验 ．
在 内壁 的熔 合不 良 ； 断裂 钻 杆 的焊 缝 断 口上 存 在
严重 的 气孔 、 熔 合裂 纹 、 未 焊缝 与母 材 结合 不 良等 焊接 缺 陷 ， 明焊 口的焊接 质量 存在 问题 ； 说 断裂 钻
杆 的断裂 区存 在 明 显 的 缩径 和 剪 切唇 ， 口上 布 断
可 以看 出 ， 焊缝熔 合 区硬 度最 低 ， 热影 响 区硬 度高 于熔 合 区 ， 材 区硬度 最 高 。 母
由于样 品无 法 直 接 进 行拉 伸 来 测 定 强 度 ， 因
此 采 用硬 度换 算 法间 接计 算钻 杆管 材 和焊缝 区材
将 断 口样 品切 下 一 部 分 进 行 热 酸腐 蚀 检 验 ， 酸蚀后 可见 ， 杆管 材 内外壁 皆有 腐 蚀 ， 别是 焊 钻 特
满颜 色 不 同的锈 蚀 层 ， 明断 裂 前 首 先 发 生 了 塑 说
多次弯 曲 。 ２ 失 效 分 析 ２ １ 宏 观观察 ．
１ ９ ｍ， 厚 为 １ ｍ 而 断 口 处 外 径 为 １ ４ ３ｍ 壁 １ ｍ， ３ ｍｍ，
最 小 壁 厚 仅 为 ５ ｍ。 可 见 在 断 裂 之 前 ， 口处 已 ｍ 焊 经 产 生 了 严 重 的 缩 径 塑 性 变 形 ，之 后 经
历 了裂纹 的生 成 与扩 展 过程 ， 因此 不 是 突然 断裂
图 １ 失效 钻 杆 的 断 口形 貌 。 观察 可见 ， 为 断
裂 发生 在上 下两 管 对 接 焊缝 的 中央 处 ， 始 点 源 起
于 内焊缝与 管 材 的 交接 处 。断 口平 齐 完 整 ， 明 有 显 的缩 径变 形 ， 管外 壁存 在较 完整 的剪 切唇 ， 沿 剪 切 唇 陡峭 ， 高约 ５ ｍ。管 壁 内表 面 无 明显 的剪 切 ａ ｒ 唇 ， 口中央无纤 维 区 ， 断 成撕 裂 的深 沟状 。
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化
工 机
械
２１ ０ ０年
焦 炭 塔 钻 杆 断 裂 失 效 分 析 及 防 范 措 施
李发年
（ 州 石化 公 司 ） 锦
摘 要 分 析 了 某公 司 焦炭 塔 除 焦钻 杆 断裂 的原 因 ， 并提 出 了解 决 和 防 护 的措 施 。
关 键 词 焦 炭 塔 钻 杆 断裂 焊 接
图 ２ 断 口 中央 的 气 孔
｝ 李发 年 ， ，９ ４年 １ 生 ， 程 师 。 辽 宁 省 锦 州 市 ，２ ０ １ 男 １７ ０月 工 １ １０ 。
第 ３ ７卷
第 ３期
化 工 机 械
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的， 而是属 于韧 性 断裂 ， 扫描 电镜 所观 察 的韧 窝形
貌也证 实 了这一 点 。 ２ ２ 酸 蚀 分 析 ．
明 显 腐 蚀 减 薄 带 。 经 现 场 实 测 ， 杆 外 径 为 钻
施， 该措施 可 以避免 现场 临时 性抢修 。
１ 钻杆 运行 情况
除焦 过程 中钻 杆上 部受 拉伸 ， 下部 受压 弯 曲 ，
在扭 矩作 用下 旋转 运动 。钻 压 的作 用使 下部 钻杆 受 压缩 ， 当压 力达 到钻 杆 的临界压 力 ， 钻杆将 失 去 直 线稳定 状态 而 发 生 弯 曲 ， 压力 较 大 时 可 能发 生