Case Study Ρηγµάτωση αυλού µεταφοράς καυσίµου αερίου από κράµα Monel 400

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΏΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΛΙΚΩΝ Μάθηµα: Φυσική Μεταλλουργία, Εαρινό εξάµηνο 2004 ιδάσκων: Γ.Ν. Χαϊδεµενόπουλος, Καθηγητής Φυσικής Μεταλλουργίας Case Study Ρηγµάτωση αυλού µεταφοράς καυσίµου αερίου από κράµα Monel 400 Σκοπός του Case-Study Ο στόχος του παρόντος case study είναι η σπουδή και εφαρµογή των θεµελιωδών αρχών της Φυσικής Μεταλλουργίας µέσα από ένα πραγµατικό βιοµηχανικό πρόβληµα. Ενας αυλός (σωλήνα) µεταφοράς αερίου καυσίµου σε διϋλιστήριο υπέστη ρηγµάτωση (cracking) µε αποτέλεσµα την διαρροή του αερίου στον περιβάλλοντα χώρο. Ανάµεσα στα πιθανά αίτια της αστοχίας είναι (α) λανθασµένη επιλογή υλικού, (β) λανθασµένη λειτουργική χρήση, (γ) µεταβολή συνθηκών λειτουργίας και (δ) φυσιολογική φθορά. Ο φοιτητής καλείται να δώσει την δική του απάντηση στο ερώτηµα του αιτίου της αστοχίας. Στα πλαίσια της εργασίας αυτής θα υπάρξει επαφή µε τα εξής αντικείµενα της Φυσικής Μεταλλουργίας: Στερεά διαλύµατα και κραµάτωση - Κανόνες Hume-Rothery Ο ρόλος των κραµατικών στοιχείων Το διάγραµµα φάσεων Ni-Cu. Κόκκοι και σύνορα κόκκων Πλαστική παραµόρφωση, εργοσκλήρυνση και ανόπτηση ιάβρωση και εργοδιάβρωση Επίσης θα υπάρξει εργαστηριακή εξάσκηση στο αντικείµενο της µεταλλογραφίας και της σκληροµέτρησης. Παρουσίαση προβλήµατος Στο Εργαστήριο Υλικών Πανεπιστηµίου Θεσσαλίας (Ε.Υ.Π.Θ.) ανατέθηκε από ελληνικό διϋλιστήριο η µελέτη αστοχίας αυλού, που χρησιµοποιείται για την µεταφορά µίγµατος αερίων υδρογονανθράκων, µε χαρακτηριστικά 4 Ο UE. Η αστοχία αφορούσε ρηγµάτωση τµήµατος του αυλού. Στο ΕΥΠΘ παραδόθηκε ένα (1) τεµάχιο του αυλού το οποίο περιείχε τα ρήγµατα, όπως φαίνεται στην Φωτ. 1. Για να γίνει αντιληπτή η θέση του τµήµατος που ρηγµατώθηκε ως προς την γεωµετρία του αυλού παρατίθεται η Φωτ. 2, στην οποία φαίνεται το υπόλοιπο τµήµα του αυλού (το κοµµάτι που λείπει αντιστοιχεί σε εκείνο της Φωτ. 1). Όπως διαπιστώνεται από την Φωτ. 2 πρόκειται για σηµείο αλλαγής διεύθυνσης της ροής ( κούρµπα ). Σύµφωνα µε τον εντολέα, ο αυλός είναι κατασκευασµένος από κράµα Ni-Cu και πιο συγκεκριµένα από το κράµα Monel 400, σύµφωνα µε την προδιαγραφή ASTM B 366.

2 ρήγµα 2 συγκόλληση ρήγµα 1 Φωτ. 1: Η εσωτερική επιφάνεια του τµήµατος του αυλού που αστόχησε. ιακρίνονται δύο επιµήκη, σχεδόν παράλληλα µεταξύ τους, ρήγµατα (λευκά βέλη). Φωτ. 2: Το τµήµα αλλαγής διεύθυνσης της ροής που αστόχησε. Το κοµµάτι που λείπει (επάνω αριστερά) είναι το τµήµα που περιείχε τα ρήγµατα (βλ. Φωτ. 1).

3 Επίσης, στο ΕΥΠΘ διαβιβάστηκαν από τον εντολέα ορισµένα λειτουργικά στοιχεία της γραµµής, σχετικά µε την σύσταση, την θερµοκρασία και την πίεση του µεταφερόµενου αερίου, τα οποία παρουσιάζονται στον Πίνακα 1, καθώς και σχεδιάγραµµα της εγκατάστασης στην οποία λειτουργούσε ο αυλός που υπέστη την αστοχία, που φαίνεται στο Σχ. 1. Το µεταφερόµενο αέριο µίγµα περιέχει σηµαντική ποσότητα HCl. Για την εξουδετέρωση του HCl, το αέριο µίγµα οδηγείται στον πυθµένα του πύργου Τ-322, ο οποίος περιέχει καυστική (διάλυµα NaOH). Το µίγµα, αφού περάσει από την στάθµη της καυστικής, οδηγείται στη συνέχεια στο σύστηµα αερίου καυσίµου. Σύµφωνα µε τον εντολέα, σε περίπτωση πτώσης πίεσης του αερίου, η ροή αντιστρέφεται και ο αυλός γεµίζει µε διάλυµα καυστικής. Επίσης κατά το σταµάτηµα / ξεκίνηµα της µονάδας εισέρχεται αέρας στον αυλό. Ένα επιπλέον στοιχείο είναι ότι µετά το κουρµπάρισµα του αυλού για την διαµόρφωση της γωνίας δεν επακολούθησε αποτατική ανόπτηση. Πίνακας 1: Λειτουργικά στοιχεία της γραµµής (θερµοκρασία 38 o C, πίεση 10 kg/cm 2 ).

4 Αστοχία Πύργος Τ-322 Αυλός ιάλυµα Καυστικής Σχ.1 Σχεδιάγραµµα αυλού µεταφοράς αερίου καυσίµου στον πύργο καυστικής Τι θα περιλαµβάνει το case study (α) βιβλιογραφική ανασκόπηση µε τα εξής στοιχεία: Κράµατα νικελίου: κύρια χαρακτηριστικά, ιδιότητες και εφαρµογές ιάγραµµα φάσεων Ni-Cu και σχολιασµός του ιάβρωση και εργοδιάβρωση από HCl ή NaOH και εργοδιάβρωση (β) εργαστηριακό έλεγχο για την µεταλλογραφική ανάλυση του κράµατος µε στόχο την µελέτη της µικροδοµής του και του τύπου της ρωγµής (διακρυσταλλική ή περικρυσταλλική) (γ) τεκµηριωµένη εκτίµηση του αιτίου της αστοχίας (δ) προτάσεις για την αποφυγή της αστοχίας

5 Η δοµή του Case Study Το µέγεθος της εργασίας θα είναι 10σελ(min) έως 15 σελ (max) συµπεριλαµβανοµένων των διαγραµµάτων, φωτογραφιών κ.λ.π. Θα γίνουν δεκτές µόνον δακτυλογραφηµένες εργασίες σε χαρτί Α4, µονό διάστηµα, µέγεθος γραµµατοσειράς 12, Times New Roman, περιθώριο 1.5cm. Η δοµή της εργασίας είναι η εξής: Τιτλος (1 η σελίδα) Περίληψη (µέχρι 10 σειρές) Εισαγωγή Περιγραφή του προβλήµατος Βιβλιογραφική ανασκόπηση Πειραµατική διαδικασία Αποτελέσµατα Συζήτηση αποτελεσµάτων και τεκµηρίωση αιτίου αστοχίας Συµπεράσµατα (µέχρι 10 σειρές) Προτάσεις Βιβλιογραφικές αναφορές Οδηγίες Η τεκµηρίωση του αιτίου αστοχίας θα βασίζεται αυστηρά σε συνδυασµό πειραµατικών αποτελεσµάτων, στοιχείων της βιβλιογραφίας και των γνώσεών σας. Μελετήστε αρχικά την βιβλιογραφία. Κατανοήστε για ποιο κράµα και ποιο περιβάλλον λειτουργίας πρόκειται. Μελετήστε την δοµή του κράµατος και την όδευση της ρωγµής. ιαµορφώστε πιθανά σενάρια αστοχίας. Συζητήστε αν η διαµόρφωση του αυλού (κουρµπάρισµα) χωρίς αποτατική ανόπτηση έπαιξε ρόλο. Επιλέξτε το επικρατέστερο και τεκµηριώστε την επιλογή σας. Στη συνέχεια κάνετε προτάσεις για την αποφυγή της αστοχίας στο µέλλον. Βιβλιογραφικές πηγές Το βιβλίο της Φυσικής Μεταλλουργίας για τις θεµελιώδεις αρχές Πληροφορίες για το κράµα Monel 400 καθώς και για την διάβρωση και εργοδιάβρωση των κραµάτων νικελίου θα βρείτε στην ιστοσελίδα της Special Metals ( Γενικές πληροφορίες για τα παραπάνω θέµατα θα βρείτε στο ASM Metals Handbook που είναι στη βιβλιοθήκη