典型压力管道失效模式介绍

压力管道失效模式介绍

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定检的意义及无损检测方式 在用管道使用过程中，由于环境及载荷的影响会产生

应力腐蚀、疲劳、蠕变、脆化等裂纹，也可能使得在 投用前检验中没有发现的裂纹扩展为宏观裂纹，因此 在用管道的定期检验工作显得尤为重要。 在定期检验中，对于表面裂纹用渗透检测和磁粉检测

效果较好，对高应力部位进行磁粉检测或渗透检测， 但效果有限。对于裂纹性质的平面型缺陷可采用超声 波检验。对于夹渣、气泡及未焊透一类空间型缺陷， 可以进行X射线检测。 另外可采用的方法还有应力测试、磁记忆检测、挂块

或挂片并定期取出部分试样以测试冲击韧性等。

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一、低温管道 二、热力管道 三、燃气管道 四、化工及石化装置管道

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一、低温管道 低温金属管道广泛应用于石油化工生产装置。 在目前的大中型乙烯装置中，裂解气中氢气、甲烷等

组分的分离多采用深冷分离。 在化肥行业中经常会用到一些低温管道，如大型合成

氨、甲醇装置低温甲醇洗工序中的管道等。 此外低温管道还包括液化天然气管道、液氧、氨制冷

系统压力管道等。

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钢材的冷脆 钢铁材料在低温下冲击韧性显著降低。大量的冲击试验表

明，温度低时钢对缺口的敏感性增大，这种现象称为钢的 冷脆性。钢的冷脆性表明在温度变低时钢会由韧性状态转 变成脆性状态，因此要防止钢的脆性断裂首先要掌握所使 用的钢的冷脆转变温度。冷脆转变温度可以通过试样的冲 击试验来评定，但是因为评价的方法、标准不同而结论各 异，往往仅能定出一个温度转变区间。 如果管道的保温材料选择不当或保温结构效果不好，当操 作温度低于-191℃时，会发生空气的冷凝和氧的富集，高 挥发性流体(如液态烃、液氨等)对管道的制冷作用，如 果管内介质突然闪蒸，会引起管道温度会骤降，这些均会 使管道韧性降低，产生脆性断裂。 低温金属管道在焊接的过程中，不可避免地会出现焊接裂 纹、未焊透及咬边等焊接缺陷。在低温条件下，这些缺陷 和存在的应力集中(如裂纹的端部)会成为发生脆性断裂 的裂纹源，是脆性断裂发生和扩展的主要因素。

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脆性断裂的预防，应注意以下几个方面： 1.优化设计 管道在使用条件下应具有足够的韧性。为此，首先是合理

选择材料。设计时应考虑可能发生的低温状态或工况，限 定材料化学成分要求，通过热处理工艺降低低温脆断的敏 感性，并通过冲击试验进行验证。 2.消除焊接残余应力 焊接残余应力是造成脆性断裂的主要原因。焊接残余应力 的管道在焊接过程中因加热、融

化、凝固、冷却等过程， 使焊缝区内各部分变形不一而又相互制约的复杂过程所造 成的。管壁愈厚、管道结构自身刚性愈大，焊接残余应力 愈大。某些情况下焊缝本身的残余应力就足以达到材料的 屈服强度，更多的情况是残余应力与工作应力叠加，从而 使得焊缝附近的应力强度因子大于材料的断裂韧性，最后 导致脆性断裂。 合理的焊接工艺至多可以改善焊缝的韧性和降低残余应力， 但不能消除残余应力。因此对大直径、厚壁、重要的管道 应采用焊后热处理以消除残余应力，一般为退火处理。管 道停车进行焊接修复或改造后宜进行焊后热处理以消除残 余应力。

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3.严格操作规程 控制操作压力和操作温度，开、停车时如不影响工艺，应

采用停车“先降压后降温” 、开车“先升温后升压”的工 艺，并限定最小升压温度；水压试验时应控制水压试验的 介质温度，不应低于设备材料韧脆转变温度； 4.加强对管道的检验 很多低应力脆断的管道都是由缺陷造成的，特别是焊缝中 的裂纹性缺陷。管道焊缝裂纹有些是在安装焊接过程中产 生的，如果在焊后加强对焊缝的宏观检查和无损检测，确 保无超标缺陷，可避免有裂纹的管道盲目投入运行以致发 生脆性断裂。管道的投用前检验可有效地消除许多脆断隐 患。

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二、城市热力管道 城市热力管道：输送高温具有较高压力的蒸汽或热水

的管道。工业企业集中供热系统通常包括热源、室外 热力管网和用户内部的热力管道。 热力管道从敷设形式上可分为架空管道和埋地管道。

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热力管道有以下特点： (1)输送的介质温度高、压力大、流速快，在运行时会给管道

带来较大的膨胀力和冲击力； (2)输送的介质具有较高的温度，对管道材质强度要求较高， 中高压或输送干管采用无缝钢管，低压或配热支臂采用焊接钢 管； (3)热力管道安装温度与正常运行温度差别很大，管道系统投 入运行后产生明显的热膨胀。工作状态与非工作状态管内温度 变化很大，管道易产生应力变形，对管道支架有较特殊的要求， 管路中应设置伸缩器，满足其补偿要求； (4)由于金属是热的良导体，热力管道需要解决表面热损失的 问题，因而必须进行保温； (5)由于热水中所含的气体要不断地析离出来，积聚在管道的 最高处，妨碍热水的循环，增加管道的腐蚀，必须加设排气装 置； (6)蒸汽管道内易产生凝结水，增加蒸汽输送阻力，因此，管 道应内置一定的坡度并在最低点设泄水装置； (7)停止使用热水时，膨胀水量会增加管道的压力，有胀裂管 道的危

险，应设置膨胀管、释压阀或闭式膨胀水箱； (8)为了避免热量浪费，常采用循环管路，回收余热。

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疲劳破坏：热力管道由于热胀冷缩及其他位移受约束而产

生热胀应力(属于二次应力),在反复加载卸载及多次重 复冷热交变作用下将引起管道的疲劳破坏。 断裂、泄露、失稳：热力管道在温度变化时，管道受到外

界的限制约束，不能自由地膨胀或收缩，这时管道将产生 热应力(或称温度应力)。除温度变化外，管道热胀可能 性的大小对热应力的影响很大，温度变化时管道系统的热 胀可能性称为管系的柔性(或弹性)。管系的柔性与管系 的几何形状、管系的展开长度、管子的直径和壁厚、管材 的弹性模量等有关。平面管系比直线管系有更大的柔性， 立体管系而比相似条件下的平面管系有更大的柔性。在同 样的温度变化下，管系的柔性愈大，热应力就愈小。因此， 热力管道在管系柔性不足时将管道产生断裂、泄露、失稳 等。

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失稳及振动：热力管道排水系统在运行过程中，由于

装置的开停和生产过程的调节，常需要启闭阀门，水 流速度或流量突然变化引起管道内的压强迅速上升或 下降，并伴有液体锤击的声音，这种现象即水击现象 (也称为水锤或液击)。 水击造成管道内压力的变化有时是很大的，突然升压

严重时引起管道及管道附件爆裂，迅速降压形成的管 内负压可能使管道及管道附件失稳，同时水击常导致 管道振动。

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氢腐蚀 热力管道在使用中内壁表面会产生氧化膜，易于积垢，

随着附着物的增多和长大，蒸汽在该部位流动受阻， 蒸汽对该部位管壁金属产生了强烈的蒸汽腐蚀，反应 式为 3Fe+4H20→Fe304+8[H],由于蒸汽在管壁粗糙 部位流动受阻，上述反应中生成的氢不能被介质及时 带走，而是大量聚集，在高温作用下通过晶界向钢中 逐步扩散 …… 此处隐藏：2480字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……