XXXX壓力管道檢驗員取證培訓(xùn)課件壓力管道的故障與失效

1、第7章 壓力管道的故障與失效17.1 概述7.2 壓力管道常見故障7.3 壓力管道常見失效模式7.4 典型壓力管道失效特點主 要 內(nèi) 容2022/10/1127.1 概 述3壓力管道：定義：一般應(yīng)用在連續(xù)性的生產(chǎn)過程之中，起連接動、靜 設(shè)備，輸送介質(zhì)的設(shè)備。特點： 高溫、高壓、低溫或高真空度； 輸送介質(zhì)多為易燃易爆、劇毒及腐蝕性。 7.1 概述 在設(shè)計、制造、運輸、安裝、使用、檢驗、維修等各個環(huán)節(jié)都可能存在問題，導(dǎo)致管道的損傷、失效甚至破壞性事故時有發(fā)生。2022/10/114損傷： 是指管道在外部機(jī)械力、介質(zhì)環(huán)境、熱作用等單獨或共同作用下，造成材料性能下降或者結(jié)構(gòu)不連續(xù)導(dǎo)致設(shè)備承載力下降。7

2、.1 概述壓力管道失效（故障）： 指管道損傷到一定程度，管道功能不能發(fā)揮其設(shè)計規(guī)定或強(qiáng)度、剛度不能滿足使用要求的狀態(tài)。 損傷不一定失效或發(fā)生事故，但失效或發(fā)生事故則一定存在損傷。根據(jù)其嚴(yán)重程度，依次為損傷、故障（失效）、事故。 2022/10/115壓力管道失效主要從材料性能和管道應(yīng)力兩方面考慮：管道應(yīng)力內(nèi)壓引起的應(yīng)力、管道附件、管系膨脹、管系及閥件自重、強(qiáng)制安裝等引起管道承受的彎曲載荷;結(jié)構(gòu)不連續(xù)引起的應(yīng)力集中，比如焊接裂紋振動疲勞載荷材料性能結(jié)合工作環(huán)境分析，例如，高溫下考慮材料蠕變；材料在腐蝕環(huán)境下性能惡化.7.1 概述2022/10/1167.2 壓力管道常見故障7壓力管道常見故障的分

3、類:按發(fā)生故障產(chǎn)生的后果或現(xiàn)象：泄漏、爆炸、失穩(wěn)。按故障發(fā)生原因可分為：過度變形；低應(yīng)力脆斷；腐蝕破壞；疲勞破壞；蠕變破壞等。 按發(fā)生故障后管道失效時宏觀變形量的大小可分為：韌性破壞（延性破壞）和脆性破壞兩大類。按發(fā)生故障后管道失效時材料的微觀斷裂機(jī)制可分為：韌窩斷裂、解理斷裂、沿晶脆性斷裂和疲勞斷裂等。 7.2 壓力管道常見故障2022/10/118習(xí)慣上往往采用混合分類方法（以宏觀分類方法為主，結(jié)合一些斷裂特征：韌性破壞、脆性破壞、疲勞破壞、蠕變破壞和其它型式破壞。 7.2 壓力管道常見故障壓力管道常見故障有腐蝕、沖刷、裂紋（裂縫）、鼓包、變形、泄漏等。 2022/10/119腐蝕（cor

4、rosion）金屬材料表面由于受到周圍介質(zhì)的作用而發(fā)生狀態(tài)變化，從而使金屬材料遭受破壞的現(xiàn)象。金屬腐蝕的本質(zhì)是金屬原子失去電子被氧化。 腐蝕會使管道整體或局部壁厚減薄，承載能力下降，造成破裂；腐蝕也會造成危害性極大的裂紋，造成管道的裂穿泄漏，嚴(yán)重時會造成突然破裂或爆炸。 7.2 壓力管道常見故障2022/10/1110沖刷管道內(nèi)的介質(zhì)對管壁的長期沖刷，造成管壁壁厚的減薄，當(dāng)管壁的厚度不能滿足強(qiáng)度要求時，就會在管道沖刷部位產(chǎn)生沖刷磨損破壞。一般在彎頭、T字型接頭附近較為明顯。沖刷腐蝕：介質(zhì)流向突然發(fā)生改變，對金屬及金屬表面的鈍化膜或腐蝕產(chǎn)物層產(chǎn)生機(jī)械沖刷破壞作用，同時又對不斷露出的金屬新鮮表面發(fā)

5、生激烈的化學(xué)或電化學(xué)腐蝕。 7.2 壓力管道常見故障2022/10/1111裂紋 裂紋是金屬材料在應(yīng)力或環(huán)境（或兩者同時）作用下產(chǎn)生的裂隙，造成結(jié)構(gòu)不連續(xù)，在裂紋尖端應(yīng)力存在奇異性。是導(dǎo)致脆性破壞的主要原因。主要來源管材制造和管道安裝過程中產(chǎn)生的裂紋，主要包括管材扎制裂紋、焊接裂紋和應(yīng)力裂紋。使用過程中產(chǎn)生或擴(kuò)展的裂紋，包括疲勞裂紋和腐蝕裂紋。7.2 壓力管道常見故障2022/10/1112原始材料缺陷：把好質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)格按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。焊接裂紋：常存在于焊縫熱影響區(qū)和焊縫交叉口、角焊縫表面缺陷處和焊縫附近。原因主要如下：可焊性； 強(qiáng)行對接； 在焊接過程中，焊條、焊劑的水分離解產(chǎn)生的原子氫滲入焊接

6、金屬中； 焊接環(huán)境溫度過低、冷卻速度太快。7.2 壓力管道常見故障2022/10/1113疲勞裂紋：管道布置結(jié)構(gòu)不合理或材料存在缺陷等造成的局部應(yīng)力過高，且壓力、溫度頻繁波動和波動幅度較大而引起的。腐蝕裂紋：是腐蝕性介質(zhì)在一定壓力、溫度條件下，對材料造成腐蝕而逐漸形成的一種裂紋。7.2 壓力管道常見故障2022/10/1114鼓包 主要是管道材料發(fā)生塑性變形或者蠕變變形引起：管道超壓；管道超溫，造成材料強(qiáng)度下降，在正常工作壓力下造成管道塑性變形； 蠕變是指應(yīng)力不變而應(yīng)變持續(xù)增加的現(xiàn)象，與溫度有關(guān)。蠕變后的材料組織和性能發(fā)生變化。 發(fā)生鼓包的管道，必須停止使用7.2 壓力管道常見故障2022/1

7、0/1115變形 由于不合理或錯誤的設(shè)計、安裝，熱應(yīng)力導(dǎo)致管道在某些位置產(chǎn)生很大反力和反力矩、管系振動導(dǎo)致管道超出允許振動控制范圍，致使管道系統(tǒng)發(fā)生結(jié)構(gòu)（或其一部分）形狀改變的現(xiàn)象。泄漏 壓力管道由于管道裂紋或爆管、腐蝕變薄穿孔、法蘭及閥門密封而失效等各種原因造成的介質(zhì)流溢稱為泄漏。 7.2 壓力管道常見故障2022/10/11167.3 壓力管道常見失效形式（一）失效模式分類（二）常見失效模式 17失效模式歐洲標(biāo)準(zhǔn)失效模式：短期失效模式：脆性斷裂、韌性斷裂、超量變形引起的接頭泄漏、超量局部應(yīng)變引起的裂紋形成或韌性撕裂、 彈性、塑性或彈塑性失穩(wěn)（垮塌）。長期失效模式：蠕變斷裂、蠕變一在機(jī)械連接

8、處的超量變形或?qū)е虏辉试S的載荷傳遞、蠕變失穩(wěn)、沖蝕、腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂、氫致開裂。7.3 壓力管道常見失效形式2022/10/1118循環(huán)失效模式：擴(kuò)展性塑性變形、交替塑性、彈性應(yīng)變疲勞（中周和高周疲勞）或彈一塑性應(yīng)變疲勞（低周疲勞）以及環(huán)境助長疲勞。GB/T20801-2006壓力管道規(guī)范-工業(yè)管道脆性斷裂、韌性斷裂、接頭泄露、彈性或塑性失穩(wěn)、蠕變斷裂。承壓設(shè)備損傷模式識別標(biāo)準(zhǔn)報批稿腐蝕減薄、環(huán)境開裂、材質(zhì)劣化和機(jī)械損傷，共81種不同的失效模式。7.3 壓力管道常見失效形式2022/10/1119（1）腐蝕減薄 管道材料在腐蝕介質(zhì)或腐蝕環(huán)境的作用下，材料被腐蝕所造成的厚度減薄。從能量角度來講

9、，腐蝕是一種能量轉(zhuǎn)化的過程。 管道的腐蝕減薄主要有鹽酸腐蝕、電化學(xué)腐蝕、硫酸腐蝕、氫氟酸腐蝕、層下腐蝕、堿腐蝕、沖蝕等。 7.3 壓力管道常見失效形式2022/10/11201）鹽酸腐蝕：金屬與鹽酸接觸特征全面腐蝕或者局部腐蝕；還會伴隨氯化銨腐蝕、氯化物應(yīng)力腐蝕開裂；碳鋼和低合金鋼鹽酸腐蝕時可表現(xiàn)為均勻減??；介質(zhì)局部濃縮或露點腐蝕時表現(xiàn)為局部腐蝕或沉積物下腐蝕；奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼表現(xiàn)為點狀腐蝕，形成直徑為毫米級的蝕坑，甚至可發(fā)展為穿透性蝕孔。 7.3 壓力管道常見失效形式-腐蝕減薄2022/10/1121影響因素鹽酸濃度；溫度；金屬種類：奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼抗蝕能力較差；蒙乃爾合

10、金、鈦（含鈦合金）和鎳（含鎳合金）抗性較好；氧化劑：氧化劑（氧氣、鐵離子和銅離子）存在時，會加速蒙乃爾合金和哈氏合金的腐蝕；鈦在氧化性氛圍中具有優(yōu)良的抗蝕能力。7.3 壓力管道常見失效形式-腐蝕減薄2022/10/1122易腐蝕設(shè)備碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼都有可能發(fā)生鹽酸腐蝕；常壓塔塔頂系統(tǒng)；加氫裝置；廢氣系統(tǒng)的蒸餾工段；催化重整裝置的廢氣系統(tǒng)、再生系統(tǒng)和分餾工段；氯丙烯裝置中鹽酸吸收塔塔底HCL入口及鹽酸出口。預(yù)防措施降低鹽酸濃度；材料升級或加內(nèi)襯，如換成耐鹽酸蒙乃爾合金、鈦或者內(nèi)襯非金屬材料。 7.3 壓力管道常見失效形式-腐蝕減薄2022/10/11232）電化學(xué)腐蝕：

11、 兩種相連接的電極電位不同的材料浸入電解質(zhì)液中，形成同時進(jìn)行的陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)過程的腐蝕。陽極：M-neMn+ne；陰極： Sk+keS 特征：多發(fā)生在電解質(zhì)液中兩種材料連接處；可能發(fā)生均勻腐蝕或局部腐蝕，形成蝕坑、蝕孔、溝槽；經(jīng)常伴隨著土壤腐蝕。影響因素：電解質(zhì)濃度；電極電位差；單一金屬存在在表面涂層、鈍化膜或結(jié)垢時，自身也會形成電化學(xué)腐蝕7.3 壓力管道常見失效形式-腐蝕減薄2022/10/1124易腐蝕設(shè)備除貴重金屬外的所有材料都可能會發(fā)生電化學(xué)腐蝕。使用不同材質(zhì)制造的管道、管道鈍化膜或涂層發(fā)生破損處、埋地管道、江河或海洋中的管道等。預(yù)防措施設(shè)計：優(yōu)化設(shè)計，避免形成電化學(xué)腐蝕的材料組合

12、，或者采用電絕緣的方法是不同材料間不能形成電氣閉合回路； 相對暴露面積：增大陽極/陰極相對暴露面積，減緩陽極的腐蝕速率； 涂層：為陽極材料與電解質(zhì)流體接觸面設(shè)置涂層或鈍化膜； 陰極保護(hù)：外部設(shè)置合理的保護(hù)電極。7.3 壓力管道常見失效形式-腐蝕減薄2022/10/11253）硫酸腐蝕： 硫酸腐蝕是指金屬與硫酸接觸時發(fā)生的腐蝕M+H2SO4（?。㎝SO4+H2 M+2H2SO4（濃）MSO4+2H2O+SO2特征：稀硫酸：壁厚均勻減薄或點蝕，碳鋼焊縫和熱影響區(qū)易遭受腐蝕，在焊接接頭部位形成溝槽；濃硫酸：局部腐蝕，可引起鋼制管道的鈍化，阻止腐蝕的進(jìn)行。 影響因素：濃度、流速、氧化劑、材料種類7.3

13、 壓力管道常見失效形式-腐蝕減薄2022/10/1126易腐蝕設(shè)備硫酸烷基化裝置中反應(yīng)器廢氣管線、再沸器、脫異丁烷塔塔頂系統(tǒng)和苛性堿處理工段。廢水處理裝置：分鎦塔和再沸器的底部及相連管道預(yù)防措施選材：奧氏體不銹鋼和哈氏合金條件允許可注入適量苛性堿中和劑7.3 壓力管道常見失效形式-腐蝕減薄2022/10/11274）氫氟酸腐蝕：指金屬與氫氟酸接觸時發(fā)生的腐蝕 M+2HFMF2+H2特征：碳鋼的腐蝕表現(xiàn)為全面減薄或嚴(yán)重局部減薄，面易形成氟化亞鐵垢皮；蒙乃爾合金遭受腐蝕時多表現(xiàn)為全面減薄，且很少有積垢現(xiàn)象可能有氫氟酸致氫應(yīng)力開裂影響因素：介質(zhì)流速、流動狀態(tài)水溫度銅、鎳、鉻等有害離子，加速腐蝕7.3

14、 壓力管道常見失效形式-腐蝕減薄2022/10/1128易腐蝕設(shè)備操作溫度高于66的管道：泄壓閥入口、小口徑放氣口和排氣口的盲管段、位于異構(gòu)體汽提塔、脫丙烷塔和氫氟酸汽提塔、丙烷汽提塔塔頂部位的管道氫氟酸烷基化裝置中臨氫氟酸環(huán)境的管道以及含酸火炬氣管道預(yù)防措施加強(qiáng)監(jiān)測，及時更換減薄管更換材料，如采用蒙乃爾合金控制有害離子含量7.3 壓力管道常見失效形式-腐蝕減薄2022/10/11295）層下腐蝕：敷設(shè)保溫層等覆蓋層的金屬在覆蓋層下發(fā)生的腐蝕。陽極反應(yīng)： Me Men+ +ne陰極反應(yīng)： O2+2H2O+4e4OH-（中性或堿性溶液） O2+4H+4e2H2O（酸性溶液）特征碳鋼和低合金鋼：局

15、部減?。粖W氏體不銹鋼可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂；鋁、鎂、鈦、銅形成表面氧化膜；可能還會伴隨有大氣腐蝕、氧化腐蝕、氯離子應(yīng)力腐蝕開裂。 7.3 壓力管道常見失效形式-腐蝕減薄2022/10/1130影響因素：潮濕大氣、海洋空氣、溫度（ -12120 ）易腐蝕設(shè)備敷設(shè)保溫層等覆蓋層的裝置和管道的覆蓋層破損處、用蒸汽等進(jìn)行加溫伴熱的管道、法蘭和其它管件的覆蓋層端口預(yù)防措施防腐涂層選材：可選用耐候鋼、不銹鋼； 控制覆蓋層質(zhì)量環(huán)保操作溫度7.3 壓力管道常見失效形式-腐蝕減薄2022/10/11316）堿腐蝕：高濃度的苛性堿或堿性鹽，或因蒸發(fā)及高傳熱導(dǎo)致的局部濃縮引起的金屬腐蝕特征局部濃縮致堿腐蝕表現(xiàn)為局部腐

16、蝕垢下局部腐蝕具有隱蔽性水汽界面的介質(zhì)濃縮區(qū)域在腐蝕后形成局部溝槽溫度高于79的高強(qiáng)度堿液可導(dǎo)致碳鋼的均勻腐蝕還可能伴隨有蒸汽阻滯。影響因素堿濃度溫度7.3 壓力管道常見失效形式-腐蝕減薄2022/10/1132易腐蝕設(shè)備常減壓蒸餾裝置原油進(jìn)料注堿部位管道常減壓蒸餾裝置預(yù)熱器、加熱爐爐管和轉(zhuǎn)油線內(nèi)的注堿部位采用堿進(jìn)行產(chǎn)品脫硫裝置的管線預(yù)防措施優(yōu)化設(shè)計：降低濃度優(yōu)化注堿設(shè)施：注堿設(shè)施應(yīng)能對注入堿和介質(zhì)進(jìn)行有效的混合，避免堿在高溫部位發(fā)生濃縮； 在66以上的高濃度堿液環(huán)境中盡量避免選用碳鋼和奧氏體不銹鋼，選用抗性較好的蒙乃爾合金和一些鎳基合金7.3 壓力管道常見失效形式-腐蝕減薄2022/10/1

17、1337）沖蝕：指固體、液體、氣體及其混合物的運動或相對運動造成的表面材料機(jī)械損耗。其損傷機(jī)理為流體剝離金屬表面層或腐蝕產(chǎn)物，暴露新鮮金屬表面。特征短的時間內(nèi)造成局部嚴(yán)重腐蝕。典型情況有腐蝕坑、溝、銳槽、蝕孔和波紋狀形貌，具有一定的方向性。影響因素材料硬度介質(zhì)流速、介質(zhì)相態(tài)、介質(zhì)顆粒尺寸及密度和硬度7.3 壓力管道常見失效形式-腐蝕減薄2022/10/1134易腐蝕設(shè)備管道系統(tǒng)：彎頭、三通、異徑管部位，以及調(diào)節(jié)閥和限流孔板的下游部位催化裂化裝置催化劑處理系統(tǒng)，焦化裝置的焦炭處理系統(tǒng)，尤其是泵、壓縮機(jī)和旋轉(zhuǎn)設(shè)備。常減壓裝置管道可能同時發(fā)生環(huán)烷酸腐蝕/沖蝕采油裝置泥漿輸送管道系統(tǒng)預(yù)防措施優(yōu)化設(shè)計：

18、降低流速、采用流線型彎頭選材：耐蝕金屬或合金、表面處理、增加襯里、工藝改進(jìn)：介質(zhì)除氣、旋風(fēng)分離除固、注入冷凝液或抑制劑。 7.3 壓力管道常見失效形式-腐蝕減薄2022/10/1135（2）環(huán)境開裂指構(gòu)件材料在介質(zhì)或環(huán)境作用下發(fā)生的開裂非應(yīng)力導(dǎo)向開裂應(yīng)力腐蝕開裂：金屬材料在拉應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)的共同作用力、材料、腐蝕介質(zhì)呈枯樹枝狀（開杈），大體上沿著垂直于拉應(yīng)力的方向發(fā)展。裂紋的微觀形態(tài)有穿晶型、晶間型（沿晶型）和二者兼有的混合型。7.3 壓力管道常見失效形式2022/10/11361）氯化物開裂2）堿應(yīng)力腐蝕開裂3）氫脆4）濕硫化氫破壞5）高溫水應(yīng)力腐蝕開裂7.3 壓力管道常見失效形式202

19、2/10/11372022/10/11381）氯化物開裂 ：奧氏體不銹鋼及鎳基合金在拉應(yīng)力和氯化物溶液的作用下發(fā)生的表面開裂特征為材料表面發(fā)生開裂，無明顯腐蝕減薄，微觀特征多呈樹枝狀，金相觀察可觀察到明顯的穿晶特征。影響因素溫度增加，開裂傾向增加氯離子能自動濃縮聚集鎳含量在8%12%，易腐蝕；大于35%，不易產(chǎn)生裂紋；超過45%，幾乎不發(fā)生氯化物開裂鐵素體不銹鋼比奧氏體不銹鋼具有更高的抗氯化物應(yīng)力腐蝕能力；碳鋼、低合金鋼不敏感。7.3 壓力管道常見失效形式-環(huán)境開裂2022/10/1139易腐蝕設(shè)備加氫反應(yīng)后物料運儲的管道， 如果在停車后沒有針對性清洗，氯化物應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性升高；保溫棉等

20、絕熱材料被水或其他液體浸泡后，可能會在材料外表面發(fā)生層下氯化物應(yīng)力腐蝕開裂鍋爐的排水管預(yù)防措施選材：使用具有抗氯化物應(yīng)力腐蝕裂紋能力的材料；水質(zhì)：當(dāng)用水進(jìn)行壓力試驗時，應(yīng)使用含氯量低的水，結(jié)束后應(yīng)及時徹底烘干； 涂層：材料表面敷涂涂層，避免材料直接接觸介質(zhì)流體；7.3 壓力管道常見失效形式-環(huán)境開裂2022/10/1140結(jié)構(gòu)設(shè)計：盡量避免可能導(dǎo)致氯化物集中或沉積，尤其是應(yīng)避免介質(zhì)流動死角或低流速區(qū)； 消除應(yīng)力：對奧氏體不銹鋼制作的工件宜進(jìn)行固溶處理；對穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼可進(jìn)行穩(wěn)定化處理以消除殘余應(yīng)力；若只進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，應(yīng)同時考慮該熱處理可能帶來的敏化和變形、熱疲勞開裂等因素表面要求：降

21、低材料表面粗糙度，防止機(jī)械劃痕、碰傷和麻點坑等，減少氯化物積聚的可能性， 降低開裂敏感性。 7.3 壓力管道常見失效形式-環(huán)境開裂2022/10/11412）堿應(yīng)力腐蝕開裂：指暴露于堿溶液中的管道表面發(fā)生的應(yīng)力腐蝕開裂特征多數(shù)發(fā)生在未經(jīng)消除應(yīng)力熱處理的焊縫附近裂紋一般呈蜘蛛網(wǎng)狀的小裂紋可能伴隨有胺應(yīng)力腐蝕開裂、碳酸鹽應(yīng)力腐蝕開裂影響因素濃度，5%為門檻值濃縮條件時（如：干濕交替、局部加熱或高溫吹汽等），50100ppm的堿濃度就足以引起開裂溫度，46門檻值應(yīng)力7.3 壓力管道常見失效形式-環(huán)境開裂2022/10/1142易腐蝕設(shè)備堿處理的管線：脫H2S和脫硫醇裝置，硫酸烷基化和氫氟酸烷基化裝置

22、中的管線、熱設(shè)置不合理的管線預(yù)防措施合理選材 焊后熱處理 對未焊后熱處理過的碳鋼管線在蒸汽吹掃前應(yīng)水洗，避免直接進(jìn)行蒸汽吹掃，或只使用低壓蒸汽進(jìn)行短時間吹掃，縮短暴露時間優(yōu)化設(shè)計和注入操作來使堿在進(jìn)入高溫原油預(yù)熱系統(tǒng)前能夠與原油充分混合7.3 壓力管道常見失效形式-環(huán)境開裂2022/10/11433）氫脆：原子氫滲入高強(qiáng)度鋼造成材料韌性降低，發(fā)生脆性斷裂的過程發(fā)生條件鋼或合金中的氫達(dá)到臨界濃度鋼及合金的強(qiáng)度水平和微結(jié)構(gòu)對脆斷敏感；應(yīng)力高于氫脆開裂的臨界應(yīng)力。特征一般不會發(fā)生顯著的塑性變形材料斷裂韌性急劇降低厚壁部件更容易發(fā)生氫脆；材料強(qiáng)度增加，氫脆的敏感性增加可能伴隨有濕硫化氫破壞、氫氟酸致氫

23、應(yīng)力開裂7.3 壓力管道常見失效形式-環(huán)境開裂2022/10/1144易腐蝕設(shè)備催化裂化裝置、加氫裝置、胺處理裝置、酸性水裝置和氫氟酸烷基化裝置中在濕硫化氫環(huán)境下服役的碳鋼管線屬于易產(chǎn)生氫脆的部位。預(yù)防措施選用低強(qiáng)度鋼，采用焊后熱處理降低殘余應(yīng)力和硬度選用低氫焊材，并使用干電極和預(yù)熱工藝。對在高溫臨氫環(huán)境下工作的管線，停工時必須先降壓后降溫，開工時必須先升溫后升壓； 對管線內(nèi)部施加涂層、堆焊不銹鋼或設(shè)置其他保護(hù)襯里。 7.3 壓力管道常見失效形式-環(huán)境開裂2022/10/11454）濕H2S破壞：指在含水和硫化氫環(huán)境中碳鋼和低合金鋼所發(fā)生的損傷過程：特征氫鼓泡：鋼材表面形成獨立的小泡氫致開裂：

24、在鋼材內(nèi)部形成與表面平行的臺階狀裂紋，裂紋沿軋制方向擴(kuò)展應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂：一般發(fā)生在焊接接頭的熱影響區(qū)部位硫化物應(yīng)力腐蝕開裂：在焊縫熱影響區(qū)表面起裂，并沿厚度方向擴(kuò)展7.3 壓力管道常見失效形式-環(huán)境開裂2022/10/1146影響因素pH小于4，且溶解有硫化氫時易發(fā)生濕硫化氫破壞；pH值大于7.6，且氫氰酸濃度20ppm并溶解有硫化氫時濕硫化氫破壞易發(fā)生；硫化氫濃度50ppm，或潮濕氣體中硫化氫氣相分壓大于0.0003MPa時濕硫化氫破壞容易；氫鼓泡、氫致開裂、應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂損傷發(fā)生的溫度范圍為室溫到150，硫化物應(yīng)力腐蝕開裂通常發(fā)生在82以下。硬度影響硫化物應(yīng)力腐蝕開裂，而對氫鼓泡、氫致

25、開裂和應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂損傷無影響。提高鋼材純凈度能夠提升鋼材抗氫鼓泡、氫致開裂和應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂的能力7.3 壓力管道常見失效形式-環(huán)境開裂2022/10/1147提高鋼材純凈度能夠提升鋼材抗氫鼓泡、氫致開裂和應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂的能力；焊后熱處理可以有效地降低焊縫發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的可能性，并對防止應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂起到一定的減緩作用，但對氫鼓泡和氫致開裂不產(chǎn)生影響；溶液中硫氫化銨濃度超過2%（質(zhì)量比）會增加氫鼓泡、氫致開裂和應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂的敏感性。溶液中含有氰化物時，會明顯增加氫鼓泡、氫致開裂和應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂損傷的敏感性。7.3 壓力管道常見失效形式-環(huán)境開裂2022/10/1148易腐

26、蝕設(shè)備常減壓裝置、加氫裝置、催化裂化裝置、延遲焦化裝置、制硫裝置的輕油分餾系統(tǒng)、酸性水系統(tǒng)的管線，以及未采用抗氫致開裂鋼制造的管線都會產(chǎn)生硫化氫破壞現(xiàn)象。預(yù)防措施選用合適的鋼材或合金，或設(shè)置有機(jī)防護(hù)層； 用沖洗水來稀釋氫氰酸濃度； 采用高純凈度的抗氫致開裂鋼； 限制焊縫和熱影響區(qū)的硬度，應(yīng)不超過HB 200； 焊接接頭部位進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理； 使用特殊的緩蝕劑。7.3 壓力管道常見失效形式-環(huán)境開裂2022/10/11495）高溫水應(yīng)力腐蝕開裂：在高溫水（300）環(huán)境中，在拉應(yīng)力作用下金屬構(gòu)件高拘束區(qū)域發(fā)生的表面開裂。主要是高溫下，偏酸或偏堿時，水電離作用加強(qiáng)造成。特征易發(fā)于偏酸性或堿性高

27、溫水溶液中焊接接頭區(qū)域，尤其是硬度值高的部位。裂紋一般為穿晶型。可能會伴隨堿應(yīng)力腐蝕開裂、碳酸鹽應(yīng)力腐蝕開裂。影響因素：應(yīng)力、組織7.3 壓力管道常見失效形式-環(huán)境開裂2022/10/1150易腐蝕設(shè)備電站鍋爐中面臨高溫水環(huán)境的低合金高強(qiáng)鋼制管道預(yù)防措施對焊接接頭（包括修補焊接接頭和內(nèi)、外部構(gòu)件焊接接頭）進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理； 對偏酸性或堿性的水進(jìn)行中和，控制溶液pH值接近7，可降低開裂敏感性； 選用強(qiáng)度等級較低的金屬材料； 通過熱處理等方法降低材料中馬氏體組織含量。7.3 壓力管道常見失效形式-環(huán)境開裂2022/10/1151（3）材質(zhì)裂化指構(gòu)件材料在溫度或介質(zhì)等因素作用下，金相組織或材料

28、組成結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致耐腐蝕性能下降，或沖擊韌性等力學(xué)性能指標(biāo)降低的過程。壓力管道的材料劣化有高溫氫腐蝕、石墨化、球化等。 7.3 壓力管道常見失效形式2022/10/11521）高溫氫腐蝕：在高溫（260）臨氫環(huán)境中，因鋼中的碳與氫反應(yīng)生成甲烷氣體，材質(zhì)發(fā)生脫碳的過程，并可形成鼓泡或開裂。特征孕育期；晶界碳化物及附近出現(xiàn)鼓泡形核，力學(xué)性能無明顯變化腐蝕期：形成裂紋，力學(xué)性能降低，超聲測厚顯示異常飽和期：開裂、脫碳影響因素：溫度越高、氫分壓越高，氫腐蝕越嚴(yán)重；H2O和O2存在時可加速氫腐蝕；鋼中含碳量增加，氫腐蝕程度加??；晶粒粗大的鋼材氫腐蝕敏感性較小。 7.3 壓力管道常見失效形式-材質(zhì)裂化

29、2022/10/1153易腐蝕設(shè)備加氫裝置中加氫反應(yīng)器、進(jìn)料和出料的管線；鉑重整裝置中反應(yīng)器、進(jìn)料和出料的管線都容易產(chǎn)生高溫氫腐蝕現(xiàn)象。預(yù)防措施元素成分：添加Cr、Mo元素可以明顯改善鋼的耐氫腐蝕能力，其他能形成穩(wěn)定碳化物的合金元素（如V、Ti、Nb等），添加后都能提高鋼的抗氫腐蝕能力； 材料組織：球化后的組織氫腐蝕速率減??； 工藝：采用低氫分壓生產(chǎn)工藝； 襯里：采用奧氏體不銹鋼等高合金襯里；溫度：采用可以降低反應(yīng)溫度的催化劑，減少溫度的影響。7.3 壓力管道常見失效形式-環(huán)境開裂2022/10/11542）石墨化：長期暴露在427596溫度范圍內(nèi)的金屬材料，其珠光體顆粒分解成鐵素體顆粒和石墨

30、的過程。其損傷機(jī)理為碳化物分解，形成石墨球。 特征可通過金相檢測判定。石墨化損傷的末階段與蠕變強(qiáng)度降低有關(guān)，包括微裂紋/微孔洞形成、表面及近表面開裂。金相分析可觀察到隨機(jī)分布、鏈狀分布或局部平面分布的石墨球。影響因素：溫度塑性變形Mo含量1%（質(zhì)量比）易石墨化，添加0.7%（質(zhì)量比）的Cr元素可防止石墨化7.3 壓力管道常見失效形式-材質(zhì)裂化2022/10/1155微觀組織：粗珠光體鋼制管道石墨化傾向較大，而貝氏體鋼鋼制設(shè)備或管道石墨化傾向較小；石墨化的同時還可能伴隨有球化、蠕變現(xiàn)象。易腐蝕設(shè)備催化裂化裝置中的熱壁管道、延遲焦化裝置中的熱壁管道、焦化爐管、乙烯裂解裝置中的裂解爐管以及服役溫度在

31、441至552之間的省煤器管件、蒸汽管道預(yù)防措施材料：材料中添加Cr元素，可防止石墨化。7.3 壓力管道常見失效形式-環(huán)境開裂2022/10/11563）球化：是指在440760溫度范圍內(nèi)，鋼中碳化物聚團(tuán)，形成大塊球狀微觀組織的過程。 特征形成較大的球狀碳化物；可能伴隨有石墨化現(xiàn)象。 影響因素溫度升高，球化加速；退火鋼的抗球化性能比正火鋼強(qiáng)，粗晶粒鋼的抗球化性能比細(xì)晶粒鋼強(qiáng)，硅鎮(zhèn)靜鋼的抗球化性能比鋁鎮(zhèn)靜鋼強(qiáng)Mo含量1%（質(zhì)量比）易石墨化，添加0.7%（質(zhì)量比）的Cr元素可防止石墨化7.3 壓力管道常見失效形式-材質(zhì)裂化2022/10/1157易腐蝕設(shè)備球化易發(fā)生部位主要有催化裂化裝置、催化重整

32、裝置和焦化裝置中的高溫管，加熱爐爐管以及其他服役溫度高于454的所有碳鋼、低合金鋼制管道預(yù)防措施減少在高溫環(huán)境中的暴露時間； 降低金屬壁溫； 使用耐球化損傷的金屬材料。 7.3 壓力管道常見失效形式-環(huán)境開裂2022/10/1158（4）機(jī)械損傷機(jī)械損傷是指機(jī)械載荷作用下材料發(fā)生組織連續(xù)性被破壞或功能喪失等損傷的過程。常見的機(jī)械損傷有機(jī)械疲勞、機(jī)械磨損、超壓、蠕變等。 7.3 壓力管道常見失效形式2022/10/11591）機(jī)械疲勞：指在循環(huán)機(jī)械載荷作用下，材料、零件或構(gòu)件在一處或幾處產(chǎn)生局部永久性累積損傷而產(chǎn)生裂紋的過程。經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后，裂紋不斷擴(kuò)展，可能導(dǎo)致突然完全斷裂。 特征在宏觀斷口

33、上一般可分別觀察到疲勞源區(qū)、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬時斷裂區(qū)影響因素幾何形狀不連續(xù)處的表面：如劃痕、金屬夾雜等奧氏體、鐵素體不銹鋼、鋁和多數(shù)其它非鐵基合金無疲勞門檻值循環(huán)次數(shù)7.3 壓力管道常見失效形式-機(jī)械損傷2022/10/1160易損壞設(shè)備減壓閥、流量調(diào)節(jié)閥附近的和管道、離心泵和壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)軸、出口和入口的管道以及其他可能引起共振的管道。預(yù)防措施優(yōu)化設(shè)計：避免結(jié)構(gòu)不連續(xù)，并最大限度減少應(yīng)力集中； 選材：設(shè)計選材時考慮循環(huán)機(jī)械載荷的作用，并給定設(shè)計疲勞壽命； 表面粗糙度：降低表面粗糙度，避免工卡具劃痕或刀痕成為疲勞源； 冶金和顯微結(jié)構(gòu)：采用合理的熱處理工藝和焊接工藝等減少材料內(nèi)部冶金和顯微結(jié)構(gòu)不連

34、續(xù)，并減少焊接等過程產(chǎn)生的缺陷成為起裂源； 鋼?。菏褂玫陀捕蠕撚』虿捎闷渌淮蜾撚〉臉?biāo)記方式。 7.3 壓力管道常見失效形式-機(jī)械損傷2022/10/11612）機(jī)械磨損：指兩相互接觸的表面產(chǎn)生相對摩擦運動，接觸點形成的粘著與滑溜不斷相互交替，造成材料表面損傷的過程。 特征“跑和”階段：開始磨損較大，之后磨損降低；穩(wěn)定磨損階段“急劇”磨損階段影響因素材料性能：硬度、韌性應(yīng)力潤滑安裝配合質(zhì)量7.3 壓力管道常見失效形式-機(jī)械損傷2022/10/1162易損壞設(shè)備兩個相互接觸，且接觸表面有相對運動的管道就容易出現(xiàn)機(jī)械磨損現(xiàn)象。預(yù)防措施潤滑選擇適當(dāng)?shù)牟牧辖M合； 對摩擦副表面進(jìn)行表面強(qiáng)化處理，提高耐磨

35、性的效果顯著降低摩擦副表面粗糙度，也可以減少磨損。7.3 壓力管道常見失效形式-機(jī)械損傷2022/10/11633）超壓：管道承載壓力超過最大允許工作壓力的過程，分為物理超壓和化學(xué)超壓。物理超壓進(jìn)料的速度遠(yuǎn)大于出料的速度，造成物料的突然積聚； 物料受熱膨脹； 液化氣體受熱蒸發(fā)； 過熱蒸汽蒸發(fā)； 瞬時壓力脈動?；瘜W(xué)超壓可燃汽體燃爆； 粉塵燃爆； 放熱化學(xué)反應(yīng)失控； 化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體量遠(yuǎn)大于消耗的氣體量7.3 壓力管道常見失效形式-機(jī)械損傷2022/10/1164特征材料發(fā)生塑性變形，甚至導(dǎo)致管道的韌性破裂。 預(yù)防措施避免操作失當(dāng)造成的超壓事故。嚴(yán)格控制每次投料量及原料中雜質(zhì)的含量，并設(shè)置防止投

36、料超量的嚴(yán)密措施； 承裝液化氣體的管道，應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定的充裝量充裝，并防止管道意外受熱。7.3 壓力管道常見失效形式-機(jī)械損傷2022/10/11654）蠕變：低于屈服應(yīng)力的載荷作用下，高溫設(shè)備或設(shè)備高溫部分金屬材料隨時間推移緩慢發(fā)生塑性變形的過程。 特征掃描電鏡下，出現(xiàn)孔洞、微裂紋。還可能產(chǎn)生應(yīng)力斷裂、過熱、再熱裂紋影響因素材料應(yīng)力溫度7.3 壓力管道常見失效形式-機(jī)械損傷2022/10/1166易損壞設(shè)備承壓設(shè)備中溫度高、應(yīng)力集中的部位易發(fā)生蠕變，尤其在三通、接管、缺陷和焊接接頭等結(jié)構(gòu)不連續(xù)處。主蒸汽管道、高溫?zé)煔夤艿李A(yù)防措施優(yōu)化設(shè)計：選擇合理截面形式和開孔補強(qiáng)，降低局部應(yīng)力材料合金成分：選

37、用蠕變韌性儲備足夠的材料，或添加合適的合金成分，并進(jìn)行合適的焊后熱處理修復(fù)或更換工藝優(yōu)化：改進(jìn)工藝運行參數(shù)或物料組分比，降低工藝運行溫度至蠕變閾值以下，或減少局部過熱情況，并減少結(jié)垢或沉積，對結(jié)垢和沉積物及時進(jìn)行清除。7.3 壓力管道常見失效形式-機(jī)械損傷2022/10/1167低溫管道城市熱力管道城市鋼制天然氣管道化工及石化裝置管道7.4 典型壓力管道失效特點 2022/10/11681）低溫管道：應(yīng)用石化裝置：乙烯生產(chǎn)中，裂解氣中氫氣、甲烷等組分的分離裝置管道；化肥工業(yè)：大型合成氨、甲醇裝置低溫甲醇洗工序中的管道液化天然氣管道、液氧、氨制冷系統(tǒng)壓力管道特點脆性斷裂：韌脆轉(zhuǎn)變溫度7.4 典型

38、壓力管道失效特點-低溫管道2022/10/1169預(yù)防措施優(yōu)化設(shè)計 ：充分考慮各種低溫工況，合理選材消除焊接殘余應(yīng)力嚴(yán)格操作規(guī)程：控制操作壓力和操作溫度；控制水壓試驗溫度加強(qiáng)檢驗：焊縫缺陷及應(yīng)用過程中出現(xiàn)的裂紋性缺陷。7.4 典型壓力管道失效特點-低溫管道2022/10/11702）熱力管道：輸送高溫具有較高壓力的蒸汽或熱水的管，包括架空管道和埋地管道管道特點輸送的介質(zhì)溫度高、壓力大、流速快；安裝溫度與正常運行溫度差別很大，易產(chǎn)生應(yīng)力變形保溫層設(shè)置排氣裝置應(yīng)設(shè)置膨脹管、釋壓閥或閉式膨脹水箱設(shè)泄水裝置；采用循環(huán)管路7.4 典型壓力管道失效特點-熱力管道2022/10/1171主要失效形式疲勞：冷

39、熱交替、反復(fù)加卸載斷裂、泄漏、失穩(wěn)：管系柔性不足，熱脹冷縮引起位移；管壁閥門等結(jié)構(gòu)時易引起水擊等現(xiàn)象腐蝕管內(nèi)壁蒸汽腐蝕，繼而引發(fā)氫損傷溫差原電池腐蝕土壤腐蝕自來水腐蝕（上水時不進(jìn)行水處理）： 氧、氯和二氧化碳7.4 典型壓力管道失效特點-熱力管道2022/10/11723）城市鋼制燃?xì)夤艿溃喊ㄌ烊粴?、液化石油氣及人工煤氣管道特點介質(zhì)易燃易爆有毒管徑變化頻繁，各種閥門、彎頭密布，線路情況十分復(fù)雜時間跨度長，設(shè)計、施工標(biāo)準(zhǔn)多樣化事故后果嚴(yán)重（人口密集）主要是土壤腐蝕、大氣腐蝕和內(nèi)部腐蝕覆層壓力相對較低7.4 典型壓力管道失效特點-城市鋼制燃?xì)夤艿?022/10/1173主要失效形式管道破裂、管道泄漏泄漏原因人為因素施工質(zhì)量其他單位野蠻開挖電纜等設(shè)置未考慮安全距離，易形成電流腐蝕腐蝕造成泄漏外防腐層被破壞后，與土壤接觸，形成化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕； 陰極保護(hù)失效； 管道位于腐蝕性介質(zhì)中； 輸送介質(zhì)具有腐蝕性而造成腐蝕穿孔。 7.4 典型壓力管道失效特點-城市鋼制燃?xì)夤艿?022/10/1174違章操作檢修不及時，留下故障隱患； 私自改接誤操作或違章操作，使得管道或設(shè)備超壓，引起泄漏。自然災(zāi)害地震、泥石流等輸送介質(zhì)具有腐蝕性而造成