Putkikäyrän vaurioanalyysi

Abstract

Kemiantekniikan insinöörityö suoritettiin Metropolia Ammattikorkeakoululle. Työn tarkoituksena oli tehdä vaurioanalyysi eräästä prosessilaitoksessa käytetystä prosessiputkiston kahdesta hiiliteräsputkikäyristä, joista yhdessä on läpireikä. Tarkoituksena on määrittää reiän synnyn syy: kavitaatio vai eroosio. Työssä tarkasteltiin tribologiaa tieteenalana ja tutkittiin kulumismekanismeja tarkemmin ja niiden alaluokkia, kuten abrasiivista sekä adhesiivista kulumista. Kuluminen määräytyy kuorman, lämpötilan, liikkeen, materiaaliominaisuuksien, pinnankarheuden ja muiden ympäristötekijöiden kautta. Vaurioanalyysin teko rikkoutuneesta laitteista tai komponentista on tärkeää tulevaisuuden kannalta, sillä kun selvitetään vaurion syy, osataan tunnistaa vältettävät olosuhteet ja pyritään suunnittelemaan parempia laitteita tai komponentteja, joilla on pitempi käyttöikä. Työn aikana keskityttiin enemmän reiälliseen putkikäyrään, joten ehjä putkikäyrä toimi pelkästään vertailukohteena. Putkikäyrät nimettiin ja sahattiin pieniin osiin sahalla sekä laikkaleikkurilla, jotta putkikäyrien sisäpinta olisi helpommin tarkkailtavissa. Sahaukset suoritettiin Leiritien toimipisteellä. Tämän jälkeen kulumisjäljet katsottiin stereo-, valo- ja pyyhkäisyelektronimikroskoopilla Kalevankadun toimipisteellä. Kulumisjälkiä verrattiin kirjallisuuteen. Jäljet olivat epämääräisiä; selektiivinen korroosio oli mahdollinen reiän aiheuttaja. Täten päädyttiin tutkimaan myös mikrohien poikkileikkausta. Tutkimuksen tuloksien perusteella tultiin johtopäätökseen, että putkikäyrän reiän oli aiheuttanut kavitaatio. Kavitaatiota voidaan estää muun muassa pienentämällä nesteen pintavoimien vaikutusta.

The Bachelor’s thesis in chemical engineering was conducted for the Metropolia University of Applied Sciences. The objective of the thesis was to conduct a failure analysis of two carbon steel elbow pipes that were used in the pipe lines of a process plant. One of the pipes had a hole that went through its shell. The objective of the analysis was to define the cause of the hole: cavitation or erosion. The task examined tribology as a form of science and further examined degradation mechanisms and their subclasses such as abrasive and adhesive degradation. Degradation is defined by load, temperature, material properties, surface grain and other environmental factors. Damage analysis of a broken device or component is essential for future planning. When reasons for damage have been examined and solved, conditions that must be avoided can be identified so that better and longer lasting devices and components can be designed in the future. During the task more focus was put on the elbow pipe with the hole and so the intact pipe was used merely for comparison. The elbow pipes were named and sawed into smaller pieces using a saw and a cutoff saw in order to more thoroughly examine the inside surface of the pipes. The cutting was done at the Leiritie campus. After this the degradation marks were examined at the Kalevankatu campus using stereo, light, and scanning electron microscopes. Degradation marks were compared to published literature. The marks were nonspecific; selective corrosion was a possible cause for the hole. Thus the decision was made to also examine the cross-section of the metallographic specimen. Based on the results of the examination the conclusion was made that the hole in the elbow pipe were caused by cavitation. Cavitation can be prevented among other things by reducing the effects of surface tension in liquids.