在用压力管道的故障与失效概论

7 在用压力管道的故障与失效

要紧内容

1.压力管道失效分析概述

2.压力管道常见故障

3.压力管道常见失效分析

4.埋地管道腐蚀防护

1 压力管道失效分析概述

1.1 定义

压力管道损伤----是指管道在外部机械力、介质环境、热作用等单独或共同作用下，造成材料性能下降、结构不连续或承载能力下降

压力管道失效----是指管道损伤积存到一定程度，管道功能不能发挥其设计规定或强度、刚度不能满足使用要求的状态。

1.2 压力管道特点

◆系统

◆量大

◆面广

◆高温

◆高压

◆复杂

◆恶劣

◆陈旧

1.3 失效分析目的及意义

查找失效缘故，幸免事故重演消除安全隐患，保障管道运行提高设备性能，延长管道寿命制定合理工艺，规范设备操作

识不损伤机理，提高检验效率

2 压力管道常见故障

2.1 压力管道失效分类

按发生故障产生的后果或现象可分为：泄漏、爆炸、失稳。

按故障发生缘故大体可分为：因超压造成过度的变形、因存在原始缺陷而造成的低应力脆断、因环境或介质阻碍造成的腐蚀破坏、因交变载荷而导致发生的疲劳破坏、因高温高压环境造成的蠕变破坏等。

按发生故障后管道失效时宏观变形量的大小可分为：韧性破坏（延性破坏）和脆性破坏两大类。

按发生故障后管道失效时材料的微观（显微）断裂机制可分为：韧窝断裂、解理断裂、沿晶脆性断裂和疲劳断裂等。

2.2 压力管道失效缘故

2.3 压力管道失效特点

先天原始缺陷（60%）与使用中的新生缺陷（40%）相互阻碍

◇九十年代往常投用的压力管道由于制造安装质量严峻失控，管道中原始缺陷较多

◇九十年代以后在用的新老管道由于介质腐蚀性加剧，管道中新生缺陷，尤其是介质环境引起的损伤明显增多

先天原始缺陷（60%）与使用中的新生缺陷（40%）相互阻碍

◇一般情况下管道严峻损坏事故大多由原始缺陷引起，35～40%是使用中的缺陷与损伤引起

◇原始缺陷与使用中新生缺陷是相互阻碍的，一条管线原始缺陷多，在使用中也容易新生缺陷，如不合理管道结构，不合适的管道组成件选型都会在使用中诱导缺陷产生

◇使用环境变化也会使一些人们不注意的原始问题暴露

原始缺陷中的焊接缺陷占80%以上

◇焊接接头的对口形状不符要求

a.对接接头无间隙、无坡口：焊缝出现严峻未焊透或未熔合；

b.角焊缝对口不符合要求。

◇焊接接头焊接工艺不严格执行

a.Cr-Mo钢同钢种焊缝（预热温度、层间温度、后热处理的温度不按焊接工艺进行，使焊接头出现淬硬组织，容易产生

开裂。）

b.Cr-Mo钢用奥氏体类不锈钢焊条的异种钢焊接（用交流电源和直流正极焊接，导致熔深大、焊接接头热影区增宽、降低接头抗冲击能力，熔合区组织易出现马氏体组织，在熔合线处出现裂纹或“刀状腐蚀”。）

凹坑与局部减薄类缺陷的“死”与“活”

◇表面缺陷打磨形成凹坑——“死”缺陷

由表面缺陷打磨形成凹坑，在使用中没有介质腐蚀的话，这类凹坑或局部减薄一般可不能发生变化，是“死”缺陷，而且位置固定，容易发觉与监控，相对危害性较小。

◇腐蚀坑、冲刷磨损沟槽——“活”缺陷

在使用中产生的凹坑与减薄，如腐蚀坑，冲刷磨损沟槽等等，这类缺陷是“活”缺陷，减薄尺寸会不断加大，同时可能存在于管道任何位置，难于发觉，因而危害性较大，企业中的专门多多爆炸事故因此而引起。

◇无形的缺陷

“有形缺陷”，是能够用无损检测方法发觉的，如裂纹、未焊透、气孔等焊接缺陷及几何偏差

“无形缺陷”，无形、弥散、难以用无损检测方法发觉，一般无法修复，是材质的损伤与蜕化，如氢脆、应力腐蚀、回火脆化等等。

如美国1999年加氢裂化管线爆炸确实是因为临氢管线上铸态不锈钢阀门脆化损伤引起。

大连WEPC的阀门已发觉了同样问题，只是发觉及时未酿成事故。

高温油气管线的球化和石墨化

结构缺陷

◇不同的管道安装方式导致失效

◇管系中的高应力“点”，导致开裂、泄漏◇管系结点因疲劳应力导致的开裂

◇地基沉降缘故

结构失稳——凹陷、皱折

管道组成件与支承件的质量问题◇管材自身质量不合格

化学成分严峻偏差

管壁厚度不均

管材自身有可见裂纹和壁厚分层

管材（不锈钢）其微观组织出现差异

◇管道组成件的质量问题

合金钢管件热处理质量操纵不严格，导致高硬度管件在焊接、试压和使用中开裂

管件锻造工艺不严格，出现锻制时变形量过大，管件内壁形成大量的纵向沟槽，锻造过程中又不规则的冷却，使锻件淬硬，在腐蚀环境下，加速了管件断裂

管件原材料不合格。如不锈钢成分不合格，未进行固熔处理等

制造商用非整体拼焊结构的法兰来假冒整体法兰

高强钢应用与介质环境苛刻化

高强钢应用带来裂纹敏感性增大，尤其是在各种高温临氢及腐蚀性介质作用下管道发生腐蚀、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳、蠕变、氢损伤的概率大大增加。

介质环境苛刻导致管道内壁腐蚀

常温下湿硫化氢、无水液氨、Cl-、硝酸盐等的应力腐蚀

高温下环烷酸、硫化物及氢损伤

保温防腐措施不善导致管道外壁腐蚀

不锈钢管道外壁氯离子应力腐蚀，碳钢露点腐蚀、酸、碱腐蚀等

2.4典型压力管道失效特点

（一）固有危险，如制造与安装、改造、维修施工过程中产生的缺陷

1）与制造管子有关的缺陷：

管体焊缝缺陷；