Page 83 - 理化检验-物理分册2025年第三期

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质量控制与失效分析 DOI:10.11973/lhjy-wl240323

氨合成塔内约翰逊网丝条断裂原因

段 攀，刘 华，王道银，杨清冬，陈梦婷
（云南天安化工有限公司，安宁 650309）

摘 要：氨合成塔内约翰逊网丝条在运行过程中发生断裂现象，采用宏观观察、微观分析、力学性
能测试、断口分析等方法分析其断裂原因。结果表明：该约翰逊网丝条表面形成渗氮层，导致其脆
性大幅提升，表面渗氮层形成过程中，丝条内部出现内源性微裂纹，裂纹进一步扩展，导致约翰逊网
发生断裂现象。
关键词： 氨合成塔；约翰逊网丝条；渗氮层；微裂纹；脆性
中图分类号：TB31；TG115.2 文献标志码：B 文章编号：1001-4012(2025)03-0071-06
Reason for fracture of Johnson mesh strand in ammonia synthesis tower

DUAN Pan, LIU Hua, WANG Daoyin, YANG Qingdong, CHEN Mengting

(Yunnan Tian'an Chemical Co., Ltd., Anning 650309, China)
Abstract: The fracture phenomenon of Johnson mesh strand in ammonia synthesis tower occurred during
operation. The fracture reason was analyzed by means of macroscopic observation, microscopic analysis, mechanical
property test and fracture analysis. The results show that the nitriding layer was formed on the surface of the Johnson
mesh strand, which led to a significant increase in brittleness. During the formation of the surface nitriding layer,
endogenous microcracks appeared inside the strand, and the cracks further expanded, resulting in the fracture of the
Johnson mesh.
Keywords: ammonia synthesis tower; Johnson mesh strand; nitriding layer; microcrack; embrittlement

某化工公司的氨合成塔为新型卧式氨合成塔， 1 理化检验
其任务是把前系统生产的H 2 、N 2 转化为NH 3 。该 1.1 宏观观察
氨合成塔具有塔阻力低、NH 3 转化率高、方便检修
约翰逊网丝条宏观形貌如图 2所示。送检丝条
和安装、方便催化剂装卸等特点，塔内零件材料为
S321不锈钢，整个氨合成塔包括一个可在压力外壳 总宽度约为 310 mm，长度约为 450 mm。图 2（a）
中红色框内丝条不整齐部分为服役过程中断裂的
内活动的催化剂筐，催化剂筐包括4个催化剂床层
区域，丝条表面存在锈迹斑点，丝条棱边均发生开
和2个床间换热器，每个床层用约翰逊网作为催化
剂支撑。约翰逊网的实际工作条件为：工作温度为 裂现象，丝条表面存在横贯丝条的表面裂纹，部分
490~510 ℃、 工作压力为13.5~14.8 MPa，丝网材料 表面及棱边开裂的区域存在碎裂现象。单根丝条
为AISI 321不锈钢，丝条采用双面点焊的方式与支 截面呈“楔形”，丝条上表面宽度约为 3 mm，较小
撑格栅连接。2022年11月对该氨合成塔进行检修 面与支撑栅格焊接连接，丝条与支撑栅格通过双面
期间，发现第Ⅰ床层的8块约翰逊网丝条断裂。损坏 点焊连接[见图 2（b）]。焊点有部分已经断开，断口
的约翰逊网及断裂丝条外观如图1所示。 较整齐，心部区域有锈迹。丝条的楔形尖部全部开
笔者采用一系列理化检验方法分析丝条断裂的 裂[见图2（c）]，表面裂纹的深度约为1 mm。
原因，以防止该类事故再次发生。 1.2 微观组织与成分分析
在约翰逊网丝条上截取试样，用光学显微镜观
收稿日期：2024-11-07
察试样，结果如图3所示。由图3可知：丝条外部形
作者简介：段 攀（1987- ），男，本科，主要从事设备管理工作
通信作者：陈梦婷，1943422709@qq.com 成了不同于心部的组织，依据其服役工况气氛为N 2 、
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