壓力管道的失效和事故

1、四、壓力管道的失效和事故（一）壓力管道失效的原因（一）壓力管道失效的原因壓力管道“失效”一般是指壓力管道不能發(fā)揮原有效能的現(xiàn)象，可分為自然失效和異常失效兩種。由于壓力管道運(yùn)行在內(nèi)部介質(zhì)和周圍環(huán)境的影響之下，不可避免地會(huì)產(chǎn)生溫度和壓力循環(huán)、腐蝕、振動(dòng)以及材料金相組織變化等影響材料性能和連接接頭密封性能的問題，因此任何管道都有一定的使用壽命，自然失效就是在壓力管道達(dá)到使用壽命時(shí)發(fā)生的失效現(xiàn)象。自然失效可以通過定期檢驗(yàn)或失效分析進(jìn)行事先控制，

2、以防止事故的發(fā)生。但是，在用壓力管道由于在設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行中存在各種問題會(huì)導(dǎo)致異常失效，造成突發(fā)性破壞事故的發(fā)生。其原因主要有：（A）職工素質(zhì)差，違反操作規(guī)程運(yùn)行，致使運(yùn)行條件惡化，包括超壓、超溫、腐蝕性介質(zhì)超標(biāo)、壓力溫度異常脈動(dòng)等；使用壓力和溫度是壓力管道設(shè)計(jì)、選材、制造、安裝的依據(jù)。操作壓力和溫度超過規(guī)定將導(dǎo)致管壁應(yīng)力值的增加或材料力學(xué)性能的下降，尤其是在焊縫、法蘭、彎頭、閥門、異徑管、補(bǔ)償器等幾何結(jié)構(gòu)不連續(xù)處的局部應(yīng)力和峰值

3、應(yīng)力會(huì)大幅增加，成為蠕變破壞的源頭。過低的操作溫度則會(huì)引起材料韌性下降，允許的臨界裂紋尺寸減小，從而有可能導(dǎo)致脆性破壞。超溫超壓還會(huì)導(dǎo)致管道接頭泄漏。管道往往由于下列原因而產(chǎn)生交變載荷：1）間斷輸送介質(zhì)而對(duì)管道反復(fù)加壓和卸壓、升溫和降溫；2）運(yùn)行中壓力波動(dòng)較大；3）運(yùn)行中溫度發(fā)生周期性變化，使管壁產(chǎn)生反復(fù)性溫度應(yīng)力變化；4）因其它設(shè)備、支承的交變外力和受迫振動(dòng)。在反復(fù)交變載荷的作用下，管道將發(fā)生疲勞破壞。主要是金屬的低周疲勞，其特點(diǎn)是應(yīng)

4、力較大而交變頻率較低。在幾何結(jié)構(gòu)不連續(xù)的地方和焊縫附近存在應(yīng)力集中，有可能達(dá)到和超過材料的屈服極限。這些應(yīng)力如果交變地加載和卸載，將使受力最大的晶粒產(chǎn)生塑性變形并逐漸發(fā)展為細(xì)微的裂紋。隨著應(yīng)力周期變化，裂紋也會(huì)逐步擴(kuò)展，最后導(dǎo)致破壞。交變載荷也會(huì)導(dǎo)致管道組成件和焊縫內(nèi)部原有缺陷的擴(kuò)大和管道連接接頭的泄漏。（B）設(shè)計(jì)、制造、施工存在缺陷，如管道柔性不符合要求，材料選用不當(dāng)或用材錯(cuò)誤，存在焊接或冶金超標(biāo)缺陷，焊接或組裝不合理造成應(yīng)力過大，管

5、道支承系統(tǒng)不合理等；a）點(diǎn)腐蝕：集中在金屬表面?zhèn)€別小點(diǎn)上的深度較大的腐蝕，也稱孔蝕。奧氏體不銹鋼在接觸含氯離子或溴離子的介質(zhì)時(shí)最容易發(fā)生點(diǎn)腐蝕。b）縫隙腐蝕：當(dāng)管道輸送的介質(zhì)為電解質(zhì)溶液時(shí)，在管道內(nèi)表面的縫隙處，如法蘭墊片處、單面焊的未焊透處等，均會(huì)發(fā)生縫隙腐蝕。縫隙腐蝕往往是由于縫隙內(nèi)和周圍溶液之間氧濃度或金屬離子濃度存在差異造成。c）奧氏體不銹鋼焊接接頭的腐蝕：①晶間腐蝕：晶間腐蝕是腐蝕局限在晶間和晶間附近，而晶粒本身腐蝕較小的一種

6、腐蝕形態(tài)。腐蝕機(jī)理是“貧鉻理論”，即由于貧鉻的晶間區(qū)處于活化狀態(tài)，作為陽極，它與晶粒之間形成腐蝕原電池，其結(jié)果將造成晶粒脫落或使材料機(jī)械強(qiáng)度降低。②δ鐵素體選擇性腐蝕：在某些強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中，奧氏體不銹鋼焊縫處的δ鐵素體相會(huì)被腐蝕或分解為σ相，結(jié)果呈海綿狀而使焊接接頭遭受破壞。③刀口腐蝕：用Ni及Ti穩(wěn)定的奧氏體不銹鋼，在氧化性介質(zhì)中發(fā)生的刀口狀腐蝕。3）應(yīng)力腐蝕金屬材料在拉應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)的共同作用下發(fā)生的腐蝕稱為應(yīng)力腐蝕。主要由焊接、

7、冷加工和安裝時(shí)的殘余應(yīng)力和管道內(nèi)部的腐蝕性介質(zhì)引起。應(yīng)力腐蝕的裂紋呈枯樹支狀，大體上沿垂直于拉應(yīng)力的方向發(fā)展。裂紋的微觀形態(tài)有穿晶型、晶間型和二者兼有的混合型。高強(qiáng)鋼管道在H2S含量超過一定值，并伴有水分時(shí)，會(huì)大大增加管壁應(yīng)力腐蝕開裂的可能性。當(dāng)焊縫硬度值超過HB200，含H2S超標(biāo)時(shí)，極易導(dǎo)致焊縫的應(yīng)力腐蝕。①堿脆：是金屬在堿液中的應(yīng)力腐蝕。碳鋼、低合金鋼和不銹鋼等均可發(fā)生堿脆。②不銹鋼的氯離子腐蝕：氯離子對(duì)不銹鋼產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕。導(dǎo)致

8、氯離子腐蝕的氯離子臨界濃度隨溫度上升而下降，高溫下，氯離子濃度只要達(dá)到10ppm即可引起破裂。管道法蘭連接處的墊片、外部的保溫材料和支、吊架的墊層等材料中含氯離子的成分過高，也會(huì)導(dǎo)致氯離子腐蝕。③不銹鋼連多硫酸腐蝕：在石油煉制過程中，鋼材受硫化氫腐蝕生成硫化鐵，停車后管道內(nèi)部與空氣中的氧及水反應(yīng)生成多硫酸，在不銹鋼管道的殘余應(yīng)力較大處即會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。以加氫脫硫裝置為典型，不銹鋼連多硫酸的應(yīng)力腐蝕破壞最近引人注目。④硫化物應(yīng)力腐蝕：金屬