Metallurgical Failure Investigation of Cracking of a Vent Nozzle on a Pressure Pulsation Dampener of a Natural Gas Compressor
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A. Neidel
Abstract
A leakage occurred in the area of the weld of a vent nozzle in the pressure pulsation dampener of a natural gas compressor. It was caused by a crack adjacent to the weld on the side of the pipe.
A metallurgical failure investigation was ordered to identify the mechanism that caused the damage. The defective pressure pulsation dampener was brought back to the welding manufacturer for repair. The crack that caused the leakage was opened and the pipe was detached from the shell by the vessel manufacturer. A sample of the pipe containing the crack edge on the side of the pipe was brought to the laboratory for examination.
A fatigue crack which initiated at the outer surface of the pipe was identified as the metallurgical cause of the failure. No indications of weld defects were found. In the damaged area, the microstructure at the outer surface of the vessel's vent nozzle presents a number of damage-promoting features such as small surface ruptures and scale residues (which will lead to an increased notch effect there) as well as decarburization and coarse grain.
The design of the vessel's nozzle at the shell of the pressure pulsation dampener does not seam very suitable for dynamic loading. Also taking into account the poor surface quality of the pipes, the vessel's nozzles are insufficiently dimensioned for the present loading condition which clearly comprises dynamic elements. It was recommended to review the design and to apply adapted repair measures.
Kurzfassung
Der Druckpulsationsdämpfer eines Erdgasverdichters hatte eine Leckage im Bereich der Schweißnaht eines Entlüftungsstutzens. Ursache war ein rohrseitiger Nebennahtriss.
Zur Ursachenklärung wurde eine werkstofftechnische Schadensuntersuchung veranlasst. Der zur Reparatur in den Schweißbetrieb zurückgelieferte, schadhafte Druckpulsationsdämpfer wurde vor Ort begutachtet. Der die Leckage verursachende Riss wurde geöffnet und das Rohr durch den Behälterhersteller vom Mantel abgetrennt. Eine Rohrprobe, die das rohrseitige Rissufer beinhaltete, wurde zur Untersuchung ins Labor gebracht.
Als werkstofftechnische Schadensursache wurde ein von der Rohraußenseite eingeleiteter Schwingriss ermittelt. Es konnten keine Hinweise auf Schweißnahtfehler gefunden werden. Das Gefüge an der Außenoberfläche des Behälterstutzenrohres zeigt im Schadensbereich eine Reihe schadensbegünstigender Merkmale, wie Aufreißungen und Zunderreste (die dort zu erhöhter Kerbwirkung führen) sowie Entkohlung und Grobkorn.
Die Ausführung der Behälterstutzen am Mantel des Druckpulsationsdämpfers erscheinen für dynamische Beanspruchungen wenig geeignet. Auch unter Berücksichtigung der schlechten Oberflächenqualität der Rohre sind die Behälterstutzen für den hier vorliegenden Lastfall, der eindeutig dynamische Komponenten enthält, unterdimensioniert. Eine Überprüfung der Auslegung und adaptierte Reparaturmaßnahmen wurden empfohlen.
References / Literatur
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© 2017, Carl Hanser Verlag, München
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