7在用压力管道的故障与失效

17在用压力管道的故障与失效主要内容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----是指管道损伤积累到一定程度，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21.3失效分析目的及意义寻找失效原因，避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，规范设备操作识别损伤机理，提高检验效率32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。按故障发生原因大体可分为：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、因环境或介质影响造成的腐蚀破坏、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。42.2压力管道失效原因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%）相互影响◇九十年代以前投用的压力管道由于制造安装质量严重失控，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%）相互影响◇一般情况下管道严重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影响的，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：焊缝出现严重未焊透或未熔合；b.角焊缝对口不符合要求。5◇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不会发生变化，是“死”缺陷，而且位置固定，容易发现与监控，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，并且可能存在于管道任何位置，难于发现，因而危害性较大，企业中的很多多爆炸事故因此而引起。◇无形的缺陷“有形缺陷”，是可以用无损检测方法发现的，如裂纹、未焊透、气孔等焊接缺陷及几何偏差6“无形缺陷”，无形、弥散、难以用无损检测方法发现，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就是因为临氢管线上铸态不锈钢阀门脆化损伤引起。大连WEPC的阀门已发现了同样问题，只是发现及时未酿成事故。7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◇地基沉降原因8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重偏差9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控制不严格，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；管体缺陷。2）与焊接／制造有关的缺陷：10管体环焊缝缺陷；折皱弯头或壳曲；螺纹磨损／管子破损／管接头损坏。3）设备因素：O型垫片损坏；控制／泄压设备故障，―密封／泵填料失效；11“8.31”液事故氨管道2013年8月31日10时50分许，上海宝山区某发生液氨泄漏事故。事故造成15人死亡、25人受伤，其中5人重伤。12直接原因：·违规采用热氨融霜方式，导致发生液锤现象；·严重焊接缺陷的单冻机回气集管管帽脱落，造成氨泄漏。根本原因：·违规设计、违规施工和违规生产；·擅自改变主体建筑功能布局；·水融霜设备缺失，无操作规程，违规进行热氨融霜；·氨调节站布局不合理·未对重大危险源进行辨识；未设置安全警示标识和配备必要的应急救援设备。·特种作业人员未取证上岗，未对员工进行有针对性的安全教育2015年4月6日18时40分左右，福建省漳州市古雷经济开发区腾龙芳烃（漳州）有限公司（以下简称腾龙芳烃公司）发生爆炸着火事故，导致6人受伤住院（均是轻伤），13人到医院检查。13事故原因：开车过程中产生的“汽锤”现象；管道焊接存在未焊透，导致焊缝开裂。2016年8月11日15时20分，湖北当阳市马店矸石发电有限责任公司高压蒸汽管道发生爆管事故，死亡21人、受伤5人（其中3人重伤）。事故原因：2号锅炉蒸汽出口处主管道流量计阀门焊缝裂开，大量高温高压蒸汽外溢，导致主控室玻璃破裂，造成主控室人员严重伤亡某油田原油管道缺陷14管道防腐质量差，有大量锈蚀与焊瘤油田原油外输管线3PP防腐层的施工质量差输油管线8号测试桩东标志桩旁，管体未作防腐保温处已腐蚀减薄，最小壁厚约为5.91mm。原油输送管线15J119#桩+204m。该检测点位于跨越南侧的玉米地中，土壤与空气的交界面。拆开保温层后发现部分防腐层剥落，管体锈蚀比较严重。（二）运行过程中与时间有关的危险内腐蚀外腐蚀应力腐蚀开裂2.4国内压力管道典型事故162004年4月25日9时40分，天津市宜中路天津市燃气集团万科物业发生一起煤气管道泄漏重大事故，造成3人死亡。4月25日9时40分，位于天津市晓晓钢琴艺术学校门卫室附近的煤气管道发生泄漏，造成3人一氧化碳中毒死亡。该学校门卫室距事故管道2m，管道在马路便道埋地深约1.5m，管子为100mm×4.5mm的镀锌管，压力为0.12MPa，介质为煤制气。2000年6月施工。2002年6月通气。经对泄漏管段勘察，管子、防腐层上部和侧面有多处外力造成的严重损伤，经腐蚀后造成泄漏，泄漏点2处，一处长180mm，另一处长20mm。直接原因是煤气管道腐蚀泄漏，沿土壤渗透到房屋内，造成房屋内人员长时间中毒身亡。间接原因是煤气管道施工时外力造成管道材料损伤，破坏了防腐层，导致破损处腐蚀加剧，形成泄漏点。2011年4月11日上午8时27分，朝阳区和平街12区3号楼发生燃气爆炸事故，导致该楼东侧5单元整体坍塌，6单元大部分坍塌，造成6死1伤。据初步调查，事故原因为天然气泄漏，遇明火发生爆炸。从事后的迹象分析，爆炸是由内向外的。据透露，发生爆炸的部位位于5单元的1～3层1，随后6单元1～2层发生坍塌。据了解，室外燃气管道的腐蚀泄漏和室内爆炸的关系并无证据。室外管道的腐蚀172000年8月美国新墨西哥州发生天然气管道爆炸着火事故，造成12人死亡。这段管线于1950年建造，在破裂处可以发现明显的内腐蚀缺陷。1989年6月4日前苏联一条天然气输送管道发生泄漏，两辆经过的火车摩擦产生火花，导致发生爆炸，造成600多人死亡，100多公顷森林烧毁。（三）运行过程中与时间无关的危险，如第三方破环、外力破坏、误操作1）第三方／机械损坏：18◇甲方、乙方或第三方造成的损坏（瞬间／立即损坏）◇以前损伤的管子（滞后性失效）；◇故意破坏。南京7.28事故2015年8月28日，杭州市钱江路地铁施工，导致300毫米的中压燃气管道泄漏，泄漏气柱高达20多米，无人员伤亡。事故原因：第三方施工破坏。191999年美国华盛顿发生一起汽油管道破裂事故，25万加仑汽油流入河中并着火燃烧，导致3人死亡。破裂是从有机械损伤处开始的。内检测曾检测出此缺陷，但未及时处理。上海某清管站广告牌推土高出场站围墙2m～3m左右。站内部分阀门区DN800焊接式埋地球阀发生沉降，架空放散管发生变形。清管发送区入口DN800架空球阀基础外部发生开裂。场站地面（除打过桩基的雨棚区、清管区、放散区）出现3～15cm左右的沉降。南、西、北侧围墙上出现开裂，裂缝宽度达到1～3cm。2021测试位置分布于华新清管站阀门区及清管区的地面以上管线部分，共选取了47个测点，其中阀门区37个测点，清管区2210个测点。6#位置选取了5个测点，位置及初步结果如下：点号距D点/mm环向应力/MPa轴向应力/MPa1280132.4129.62494119.5178.23623126.0215.34778327.6265.25840226.9215.87#位置选取了4个测点，位置及初步结果如下：23点号距A点/mm环向应力/MPa轴向应力/MPa1560284.9120.02475157.0159.03400293.1153.14315282.6236.08#位置选取了5个测点，位置及初步结果如下：点号距B点/mm环向应力/MPa轴向应力/MPa1295193.3198.32445104.595.33517189.3156.74665279.8205.35715162.2187.424阀门区测试结果普遍显示为拉应力，并有个别点高达300MPa左右，已经接近该处材料Q345B的规定最低屈服强度345MPa。清管区测试结果位于入地弯头附近的第8、9、11点较其他点拉应力大，其中第9点沿轴向拉应力高达390.9MPa，较接近该处材料L415的规定最低屈服强度415MPa。其余各点主要表现为压应力且数值不大。5.1.1管道强度计算应符合下列规定：2埋地直管段的轴向应力与环向应力组合的当量应力，应小于钢管标准规定的最小屈服强度的90%，管道附件的设计强度不应小于相连管道直管段的设计强度；2）误操作：操作程序不正确。252005年11月13日下午13时45分左右，吉林石化公司双苯厂苯胺装置发生连环爆炸着火事故，附近200米内玻璃被震碎，随之扩散的浓重化学气味迅速让周围的人无法呼吸。据统计，死亡5人，70多人受伤。3）与天气有关的因素和外力因素：天气过冷；雷击；暴雨或洪水；土体移动。262016年7月20日，湖北恩施川气东输管道断裂爆燃事故，导致2死9伤（其中3人重伤）；事故导致半径1公里范围内59户居民受到冲击。27事故原因：山体滑坡导致管道断裂3压力管道常见失效分析1）减薄（包括整体、局部、点）（Thinning）（Corrosion）2）焊缝表面开裂（Surfaceconnectedcracking）3）近表面开裂（Subsurfacecracking）4）微裂缝/微空隙形成（Microfissuring/microvoidformation）5）金相组织改变（Metallurgicalchanges）6）尺寸变化（Dimensionalchanges）7）鼓泡（Blist