張洪建7 管道的失效與故障

壓力管道的故障與失效江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院揚(yáng)州分院張洪建目錄7.1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(diǎn)7.1概述壓力管道是具有爆炸危險(xiǎn)的特種承壓設(shè)備。壓力管道的用量大，分布廣，遍布在電力、熱能、石油、化工、化肥、冶金、農(nóng)藥、食品、醫(yī)藥等各行業(yè)。近些年的趨勢表明，工業(yè)壓力管道工程日趨復(fù)雜，正朝著大型化、整體化和自動化方向發(fā)展。由于歷史、技術(shù)、管理上的原因，現(xiàn)行壓力管道在設(shè)計(jì)、制造、安裝及運(yùn)行管理中存在各類損傷問題，管道發(fā)生失效甚至發(fā)生破壞性事故時有發(fā)生。壓力管道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(dú)或共同作用下，造成材料性能下降、結(jié)構(gòu)不連續(xù)或承載能力下降。壓力管道失效是指管道損傷積累到一定程度，管道功能不能發(fā)揮其設(shè)計(jì)規(guī)定或強(qiáng)度、剛度不能滿足使用要求的狀態(tài)。失效在工程上俗稱為故障。管道存在損傷不一定失效、不一定發(fā)生事故，而發(fā)生失效或事故則一定存在損傷。壓力管道存在損傷或發(fā)生失效，因其有自身的特點(diǎn)。相對壓力容器，首先，管道的直徑和壁厚都要小得多，焊縫一般是環(huán)向的對接焊縫，內(nèi)壁未焊透的缺陷普遍存在，缺陷一般是環(huán)向的。其次，管道導(dǎo)致斷裂失效的載荷主要是由于管系膨脹、管系及閥件自重、強(qiáng)制安裝等引起管道承受的彎曲載荷。內(nèi)壓引起的薄膜應(yīng)力往往并不是主要載荷。壓力管道發(fā)生故障導(dǎo)致失效或事故，實(shí)質(zhì)是管道應(yīng)力和管道材料性能的關(guān)系，當(dāng)管道某處所受應(yīng)力高于材料所能承受的極限，在該處存在材料損傷發(fā)生故障，進(jìn)而管道發(fā)生損傷破壞。因此，對壓力管道的失效分析可以從材料性能和管道所受應(yīng)力兩方面考慮。7.2壓力管道常見故障按發(fā)生故障產(chǎn)生的后果或現(xiàn)象可分為：泄露、爆炸、失穩(wěn)。按故障發(fā)生原因大體可分為:超壓、存在原始缺陷、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(顯微)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。習(xí)慣上往往采用混合分類方法，即以宏觀分類法為主，再結(jié)合一些斷裂特征可分為:韌性破壞、脆性破壞、腐蝕破壞、疚勞破壞、蠕變破壞，其他型式破壞。腐蝕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)象稱為腐蝕。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。沖刷

沖刷是管道內(nèi)的介質(zhì)對管壁的長期沖刷，造成了管壁壁厚的減薄。沖刷一般伴隨著沖刷腐蝕。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)生激烈的化學(xué)或電化學(xué)腐蝕，從而造成比其他部位更為嚴(yán)重的腐蝕損傷，故腐蝕速度較快。裂紋壓力管道在運(yùn)行過程中由于各種原因產(chǎn)生不同程度的裂紋，從而影響系統(tǒng)的安全。裂紋是壓力管道最危險(xiǎn)的一種故障，是導(dǎo)致脆性破壞的主要原因。裂紋的擴(kuò)展很快，如不及時采取措施就會發(fā)生爆管。裂紋主要來源于下列兩種情況:一是管材制造和管道安裝過程中產(chǎn)生的裂紋，二是系統(tǒng)使用過程中產(chǎn)生或擴(kuò)展的裂紋。前者是管材扎制裂紋、焊接裂紋和應(yīng)力裂紋，后者是疲勞裂紋和腐蝕裂紋。要根據(jù)裂紋的分類采取相應(yīng)的預(yù)防措施。鼓包當(dāng)管內(nèi)壓力引起的應(yīng)力超過材料的彈性極限(屈服點(diǎn))時，除繼續(xù)產(chǎn)生彈性變形外，同時還產(chǎn)生塑性變形，這種變形表現(xiàn)為鼓包。塑性變形使金屬破壞后在應(yīng)力方向上留存下較大的殘余伸長，表現(xiàn)在管道上則是鼓包（直徑增大或局部鼓脹和管壁的減?。?，周長伸長率可達(dá)10%一20%。管道金屬壁溫超過其強(qiáng)度允許的溫度時，金屬強(qiáng)度就會下降，這時工作壓力超過金屬的屈服極限時，就有可能發(fā)生塑性變形，在宏觀檢查表現(xiàn)為鼓包現(xiàn)象。變形壓力管道由于不合理或錯誤的設(shè)計(jì)、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。嚴(yán)重時壓力管道發(fā)生整體坍塌。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。7.3壓力管道常見失效模式失效模式建立是壓力管道的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)方法（準(zhǔn)則）必須針對失效模式，對壓力管道檢驗(yàn)結(jié)果的評價，也是建立在失效模式的基礎(chǔ)上，而對壓力管道運(yùn)行過程失效模式的的識別，有助于定期檢驗(yàn)方案的制定，利于在管道發(fā)生失效前及時進(jìn)行修復(fù)或報(bào)廢等處理，保證壓力管道在一定條件下安全運(yùn)行。失效模式主要有三種不同的分類方式。（1）歐洲標(biāo)準(zhǔn)失效模式歸納為三大類14種，第一大類為短期失效模式，分別有脆性斷裂、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）。第二大類是長期失效模式，包括蠕變斷裂、蠕變一在機(jī)械連接處的超量變形或?qū)е虏辉试S的載荷傳遞、蠕變失穩(wěn)、沖蝕、腐蝕、環(huán)境助長開裂如:應(yīng)力腐蝕開裂、氫致開裂。第三大類為循環(huán)失效模式，包括擴(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。（2）

壓力管道設(shè)計(jì)時考慮的失效模式脆性斷裂、韌性斷裂、接頭泄漏（見《規(guī)程》第五十三條）、彈性或塑性失穩(wěn)、蠕變斷裂（見《規(guī)程》表3的后三欄）（3）我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T30579-2014《承壓設(shè)備損傷模式識別》考慮的失效模式有四大類，分別為腐蝕減薄、環(huán)境開裂、材質(zhì)劣化、機(jī)械損傷和其他損傷，共73種不同的損傷模式。1、腐蝕減薄腐蝕減薄是指管道材料在腐蝕介質(zhì)或腐蝕環(huán)境的作用下，金屬材料發(fā)生損失所造成的壁厚減薄。壓力管道的腐蝕是由于受到內(nèi)部輸送物料及外部環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用(也包括機(jī)械等因素的共同作用)而發(fā)生的破壞。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、土壤腐蝕、微生物腐蝕、堿腐蝕、沖蝕等。鹽酸腐蝕損傷機(jī)理：

M+2HCl→MCl2+H2

鹽酸腐蝕是常見的腐蝕，其主要的形態(tài)是：均勻腐蝕、局部腐蝕——對碳素鋼、低合金鋼應(yīng)力腐蝕——對不銹鋼（如前所述）孔蝕（點(diǎn)蝕）——對不銹鋼縫隙腐蝕——對不銹鋼鹽酸腐蝕可能會伴隨的失效模式還有氯化銨腐蝕、氯化物應(yīng)力腐蝕開裂。容易產(chǎn)生鹽酸腐蝕的裝置在常壓塔塔頂系統(tǒng)中，塔頂蒸汽流降溫形成含鹽酸的冷凝液，其pH值較低，可對管道造成快速腐蝕。加氫裝置中的反應(yīng)產(chǎn)物含有HCl，在冷凝后會形成鹽酸腐蝕。廢氣系統(tǒng)含有氨和鹽酸，容易形成氯化銨鹽的垢下腐蝕，蒸餾工段可發(fā)生嚴(yán)重的鹽酸露點(diǎn)腐蝕。催化重整裝置中的催化劑中氯被置換形成鹽酸，對廢氣系統(tǒng)、再生系統(tǒng)造成腐蝕，當(dāng)含鹽酸蒸汽流經(jīng)分餾工段時，可導(dǎo)致鹽酸露點(diǎn)腐蝕。氯丙烯裝置中鹽酸吸收塔塔底進(jìn)入的HCl氣體吸收后成為鹽酸，氯化氫氣體入口及鹽酸出口管易發(fā)生鹽酸腐蝕。

電化學(xué)腐蝕兩種相連接的材料浸入電解質(zhì)液中，由于材料電極電位的不同，形成同時進(jìn)行的陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)過程的腐蝕，這兩種材料分別稱為陽極材料和陰極材料。損傷機(jī)理：電化學(xué)腐蝕多發(fā)生在電解質(zhì)液中兩種材料連接處。陽極材料可能發(fā)生均勻腐蝕或局部腐蝕，形成蝕坑、蝕孔、溝槽或裂縫等。除貴重金屬外的所有材料都可能會發(fā)生電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕可發(fā)生：在任何電解質(zhì)流體中存在電氣連接的不同材料間使用不同材質(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。硫酸腐蝕損傷機(jī)理：稀硫酸腐蝕表現(xiàn)為壁厚均勻減薄或點(diǎn)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多在與金屬接觸部位形成局部腐蝕，可引起鋼制管道的鈍化，阻止腐蝕的進(jìn)行容易產(chǎn)生硫酸腐蝕的裝置碳鋼、合金鋼、奧氏體不銹鋼、高硅鑄鐵、高鎳鑄鐵、哈氏合金都會發(fā)生硫酸腐蝕現(xiàn)象，按耐蝕能力從低到高的順序?yàn)樘间?、奧氏體不銹鋼、高硅鑄鐵、高鎳鑄鐵、哈氏合金。硫酸烷基化裝置中易受硫酸腐蝕部位包括：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。廢水處理裝置中硫酸通常在分鎦塔和再沸器的底部蓄積，與這些部位相連接的管道內(nèi)硫酸變濃，腐蝕性也較強(qiáng)。氫氟酸腐蝕損傷機(jī)理：M+2HF→MF2+H2碳鋼的腐蝕表現(xiàn)為全面減薄或嚴(yán)重局部減薄，腐蝕后易形成氟化亞鐵垢皮；高流速或強(qiáng)紊流引起的保護(hù)性垢皮損失會導(dǎo)致腐蝕速率加快。存在水時會破壞氟化物垢皮的穩(wěn)定性，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榉潜Ｗo(hù)性垢皮。高濃度的氫氟酸其腐蝕速率隨著氫氟酸濃度減小(含水量增大)而增大。溫度升高腐蝕速率增大。介質(zhì)中如果含有Cu、Ni、Cr的離子，可加速氫氟酸腐蝕

容易產(chǎn)生氫氟酸腐蝕的裝置碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、銅-鎳合金、蒙乃爾合金等材料均會產(chǎn)生氫氟酸腐蝕現(xiàn)象。一般高腐蝕速率主要發(fā)生在操作溫度高于66℃的管道，包括泄壓閥入口、小口徑放氣口和排氣口的盲管段，以及位于異構(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等。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也會產(chǎn)生氫氟酸腐蝕現(xiàn)象。伴隨氫氟酸腐蝕的失效模式還可能有氫氟酸致氫應(yīng)力開裂。層下腐蝕層下腐蝕是指敷設(shè)保溫層等覆蓋層的金屬在覆蓋層下發(fā)生的腐蝕。其損傷機(jī)理為：含有氯離子的海洋大氣和含有強(qiáng)烈污染的潮濕工業(yè)大氣易導(dǎo)致嚴(yán)重層下腐蝕。如果覆蓋層防護(hù)不嚴(yán)密，覆蓋層的間隙處或破損處容易容易滲水，水的來源比較廣泛，可能來自雨水的泄漏和濃縮、冷卻水塔的噴淋、蒸汽伴熱管泄漏冷凝等。滲水可導(dǎo)致碳鋼和低合金鋼的腐蝕，如果滲水中含有氯離子并濃縮聚集，也可導(dǎo)致奧氏體不銹鋼的層下表面開裂。層下腐蝕多發(fā)生在-12℃～120℃溫度范圍內(nèi)，尤以50℃～93℃區(qū)間最為嚴(yán)重。碳鋼和低合金鋼遭受腐蝕時主要表現(xiàn)為覆蓋層下局部減薄。奧氏體不銹鋼遭受腐蝕時可能發(fā)生覆蓋層下金屬表面應(yīng)力腐蝕鋁、鎂和鈦等金屬發(fā)生層下腐蝕后可在表面生成一層氧化膜，并失去表面金屬光澤銅在遭受層下腐蝕時易在金屬表面生成綠色腐蝕產(chǎn)物。容易發(fā)生層下腐蝕的裝置碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼材料都會發(fā)生層下腐蝕。所有敷設(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都容易發(fā)生層下腐蝕。年降雨量較大地區(qū)或沿海地區(qū)的管道發(fā)生層下腐蝕的幾率會增加。層下腐蝕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。堿腐蝕堿腐蝕是指在高溫NaOH情況下發(fā)生的應(yīng)力腐蝕開裂，常見于碳鋼和低合金鋼中,主要取決于堿液的濃度、金屬溫度和應(yīng)力的大小。堿溶液對鋼的腐蝕有兩種形式：1、腐蝕減?。?、堿脆。堿脆是指在高溫NaOH情況下發(fā)生的應(yīng)力腐蝕開裂。常見于碳鋼和低合金鋼中,主要取決于堿液的濃度、金屬溫度和應(yīng)力的大小。容易發(fā)生堿腐蝕的裝置碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼等材料都容易發(fā)生堿腐蝕。常減壓蒸餾裝置原油進(jìn)料注堿部位的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，尤其是注入的堿不能和油氣充分混合時可能發(fā)生嚴(yán)重局部腐蝕。采用堿進(jìn)行產(chǎn)品脫硫裝置的管線也是容易發(fā)生堿腐蝕的部位。堿腐蝕同時還可能伴隨有蒸汽阻滯。沖蝕沖蝕也叫沖蝕磨腐蝕，是指固體﹑液體﹑氣體及其混合物的運(yùn)動或相對運(yùn)動造成的表面材料機(jī)械損耗。損傷機(jī)理為流體與金屬之間產(chǎn)生切應(yīng)力，能剝離金屬表面層或腐蝕產(chǎn)物，使新鮮的金屬表面暴露出來，形成快速腐蝕。沖蝕/沖蝕腐蝕可以在很短的時間內(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，且具有一定的方向性。容易發(fā)生沖蝕的裝置所有金屬和合金都會發(fā)生沖蝕腐蝕。沖蝕易發(fā)生在輸送流動介質(zhì)的所有管道系統(tǒng)，尤其是彎頭、三通和異徑管部位，以及調(diào)節(jié)閥和限流孔板的下游部位。催化裂化裝置反再系統(tǒng)的催化劑處理系統(tǒng)、焦化裝置的焦炭處理系統(tǒng)，尤其是這些系統(tǒng)中的泵、壓縮機(jī)和旋轉(zhuǎn)設(shè)備。常減壓裝置的管道可能同時發(fā)生環(huán)烷酸腐蝕/沖蝕。采油裝置泥漿輸送管道系統(tǒng)也是容易發(fā)生沖蝕的部位。2、環(huán)境開裂環(huán)境開裂是指構(gòu)件材料在介質(zhì)或環(huán)境作用下發(fā)生的開裂，包含應(yīng)力腐蝕開裂和非應(yīng)力導(dǎo)向開裂。應(yīng)力腐蝕開裂是金屬材料在拉應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)的共同作用下引起的開裂。并不是任何的金屬與介質(zhì)的共同作用都引起應(yīng)力腐蝕開裂。某種金屬材料只有在某些特定的腐蝕環(huán)境中，才發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。應(yīng)力腐蝕裂紋呈枯樹枝狀（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。常見環(huán)境開裂氯化物、碳酸鹽、硝酸鹽應(yīng)力腐蝕開裂堿應(yīng)力、氨應(yīng)力、胺應(yīng)力腐蝕開裂氫脆濕硫化氫破壞高溫水應(yīng)力腐蝕開裂氫氟酸、氫氰酸致氫應(yīng)力開裂連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂3、材質(zhì)劣化材質(zhì)劣化是指構(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。高溫氫腐蝕（4.4腐蝕中已述及）石墨化球化石墨化石墨化是指長期暴露在427～596℃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的過程。損傷機(jī)理為碳化物分解，形成石墨球。石墨化損傷宏觀觀察不易發(fā)現(xiàn)，僅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。碳鋼、鉬鋼容易產(chǎn)生石墨化現(xiàn)象。石墨化易發(fā)生下列部位：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服役溫度在441℃至552℃之間的省煤器管件、蒸汽管道等。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。材料中添加Cr元素，可防止石墨化。球化球化是指在440～760℃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。鋼材加熱到一定溫度時，珠光體中的片狀滲碳體獲得足夠的能量后局部溶解，斷開為若干細(xì)的點(diǎn)狀滲碳體，彌散分布在奧氏體基體上，同時由于加熱溫度低和滲碳體不完全溶解，造成奧氏體成分極不均勻。以原有的細(xì)碳化物質(zhì)點(diǎn)或奧氏體富碳區(qū)產(chǎn)生的新碳化物為核心，形成均勻而細(xì)小的顆粒狀碳化物，這些碳化物在緩冷過程中或等溫過程中聚集長大，并向能量最低的狀態(tài)轉(zhuǎn)化，形成球狀滲碳體。球化一般目視檢測不可見或不明顯，主要通過金相分析判斷。碳鋼中片狀碳化物相聚，形成較大的球狀碳化物；低合金鋼中彌散的細(xì)小碳化物相聚，形成較大的球狀碳化物。碳鋼、鉬鋼、鉻鉬鋼容易發(fā)生球化。球化易發(fā)生部位主要有催化裂化裝置、催化重整裝置和焦化裝置中的高溫管，加熱爐爐管其他服役溫度高于454℃的所有碳鋼、低合金鋼制管道。球化的同時還可能伴隨有石墨化現(xiàn)象。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)械磨損超壓蠕變機(jī)械疲勞機(jī)械疲勞是指在循環(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。機(jī)械疲勞通常起始于周期載荷下幾何形狀不連續(xù)處的表面，構(gòu)件設(shè)計(jì)時幾何形狀的選擇具有較大的影響，易致機(jī)械疲勞的常見幾何形狀不連續(xù)處有槽口、開孔、未修磨的焊接接頭、缺陷、錯邊、腐蝕坑等。材料內(nèi)部存在冶金和顯微結(jié)構(gòu)的不連續(xù)，典型情況有金屬夾雜物、鍛造缺陷、修磨后的焊接接頭、工卡具劃痕、機(jī)械磨損劃痕和機(jī)械加工刀痕等位置，易產(chǎn)生機(jī)械疲勞損傷。

所有金屬材料都會出現(xiàn)機(jī)械疲勞現(xiàn)象。機(jī)械疲勞容易出現(xiàn)在以下部位：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、出口和入口的管道其他可能引起共振的管道。機(jī)械疲勞的同時還會伴隨有振動疲勞。機(jī)械磨損機(jī)械磨損是指兩相互接觸的表面產(chǎn)生相對摩擦運(yùn)動，接觸點(diǎn)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。材料耐磨性主要取決于零件材料的硬度和韌性。硬度決定其表面抵抗變形的能力，但過高的硬度易使脆性增加，使材料表面產(chǎn)生磨粒狀剝落。韌性則可防止磨粒的產(chǎn)生，提高其耐磨性能。應(yīng)力越大，機(jī)械磨損越嚴(yán)重。潤滑、溫度、表面加工質(zhì)量、裝配和安裝質(zhì)量對機(jī)件的磨損有著重要的作用超壓超壓是指管道承載壓力超過最大允許工作壓力的過程。物料的流動性或其能量在承壓設(shè)備內(nèi)處于非平衡狀態(tài)時，物料和/或能量在管道內(nèi)發(fā)生聚集累加，造成承載壓力超過設(shè)備最大允許工作壓力，超壓可分成物理超壓和化學(xué)超壓兩類。超壓可使材料發(fā)生塑性變形，甚至導(dǎo)致管道的韌性破裂。設(shè)備設(shè)計(jì)的安全裕度過小，在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定時等情況下可能發(fā)生超壓。蠕變?nèi)渥兪侵冈诘陀谇?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。蠕變有沿晶蠕變與穿晶蠕變兩種。常用高溫金屬材料（如耐熱鋼、高溫合金等）蠕變的主要形式為沿晶蠕變，在高溫、低應(yīng)力長時間作用下，晶界滑移和晶界擴(kuò)散比較充分，孔洞、裂紋沿晶界形成和發(fā)展。穿晶蠕變則是在高應(yīng)力條件下，孔洞在晶粒中夾雜物處形成，隨蠕變損傷的持續(xù)而長大、匯合的過程。所有金屬和合金都會發(fā)生蠕變現(xiàn)象。蠕變溫度閾值以上運(yùn)行的承壓設(shè)備，如主蒸汽管道、高溫?zé)煔夤艿赖取＿\(yùn)行溫度略低于蠕變溫度閾值的承壓管道，其焊接接頭熱影響區(qū)和局部高應(yīng)力區(qū)易發(fā)生蠕變?nèi)渥兊耐瑫r還可能產(chǎn)生應(yīng)力斷裂、過熱、再熱裂紋等。4、典型壓力管道失效特點(diǎn)1、低溫管道低溫金屬管道廣泛應(yīng)用于石油化工生產(chǎn)裝置，在目前的大中型乙烯裝置中，裂解氣中氫氣、甲烷等組分的分離多采用深冷分離。在化肥行業(yè)中經(jīng)常會用到一些低溫管道，如大型合成氨、甲醇裝置低溫甲醇洗工序中的管道等。此外低溫管道還包括液化天然氣管道、液氧、氨制冷系統(tǒng)壓力管道等。其他損傷高溫氫腐蝕腐蝕疲勞沖蝕低溫脆斷耐火材料退化鑄鐵石墨化腐蝕當(dāng)管道設(shè)計(jì)溫度低于或等于-20℃時，為使金屬管道能夠滿足在低溫條件下安全使用的性能要求，應(yīng)根據(jù)GB50235-2010《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》的規(guī)定進(jìn)行相應(yīng)的低溫沖擊韌性試驗(yàn)，以檢驗(yàn)金屬管道在低溫下的沖擊韌性是否滿足相關(guān)的沖擊功要求。鋼鐵材料在低溫下沖擊韌性顯著降低。大量的沖擊試驗(yàn)表明，溫度低時鋼對缺口的敏感性增大，這種現(xiàn)象稱為鋼的冷脆性。鋼的冷脆性表明在溫度變低時鋼會由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變成脆性狀態(tài)，因此要防止鋼的脆性斷裂首先要掌握所使用的鋼的冷脆轉(zhuǎn)變溫度。材料變脆形成的斷口，宏觀上的特點(diǎn)是斷口平齊，呈現(xiàn)金屬光澤的結(jié)晶狀態(tài)，斷口與最大主應(yīng)力垂直，如圖1所示。從斷裂機(jī)制上來看，該斷裂往往理解為解理斷裂，由于多晶體的不同晶粒的結(jié)晶取向不一，它們穿過晶界時的解理刻面取向也就各有不同，這就是宏觀上形成金屬閃光的原因。材料愈脆，結(jié)晶愈細(xì)膩。材料的一個晶粒內(nèi)，不只有一個解理面。當(dāng)解理受到某種阻礙（如雜物、晶界等）會在不同層次的解理面解理，并形成臺階。解理臺階在電鏡中形成河流狀花樣，見圖2。2、城市熱力管道城市熱力管道是輸送高溫具有較高壓力的蒸汽或熱水的管道。工業(yè)企業(yè)集中供熱系統(tǒng)通常包括熱源、室外熱力管網(wǎng)和用戶內(nèi)部的熱力管道。熱力管道從敷設(shè)形式上可分為架空管道和埋地管道。城市熱力管道的失效主要是管道疲勞破壞、斷裂、泄露、失穩(wěn)、腐蝕、蒸汽腐蝕等。城市鋼制燃?xì)夤艿莱鞘袖撝迫細(xì)夤艿谰褪菍⑷細(xì)廨斔徒o客戶的管道。燃?xì)庵饕ㄌ烊粴狻⒁夯蜌饧叭斯っ簹?。由于城市燃?xì)夤艿烙脩魪?fù)雜，需求各不相同，因此管徑變化頻繁，各種閥門、彎頭密布，線路情況十分復(fù)雜。城市地下燃?xì)夤艿乐饕母g破壞來自于土壤的腐蝕作用。長輸管道的腐蝕破壞不僅要考慮土壤腐蝕，還要考慮大氣腐蝕和內(nèi)腐蝕。城市鋼制燃?xì)夤艿赖氖е饕枪艿佬孤┖凸艿榔屏?，以及早期使用灰鑄鐵材料的低溫脆性斷裂。城市鋼制燃?xì)夤艿佬孤┑脑颍?）施工不當(dāng)（2）腐蝕造成的泄漏（3）違章操作（4）自然災(zāi)害（5）第三方破壞（TDP）（6）環(huán)境溫度化工及石化裝置管道化工及石化管道特點(diǎn)化工企業(yè)有大量的壓力管道，它們的工作條件各種各樣，工作壓力由真空、負(fù)壓到300MPa以上的高壓、超高壓。工作溫度由負(fù)200℃以下至1000℃以上，許多場合的介質(zhì)有毒、易燃、易爆。石油化工企業(yè)均為現(xiàn)代化大型企業(yè)，擁有各類管道數(shù)量多，管內(nèi)介質(zhì)也是多種多樣，工作壓力最高達(dá)300MPa以上，管內(nèi)介質(zhì)高溫、高壓、易燃易爆、有毒有害，而且裝置基本都是技術(shù)密集、規(guī)模大、連續(xù)化生產(chǎn)，很多裝置由國外引進(jìn)?；ひ郝裙艿赖氖Щひ郝裙艿?，失效主要是化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、縫隙腐蝕等。腐蝕機(jī)理：氯和水反應(yīng)生成次氯酸和鹽酸，鹽酸又和金屬反應(yīng)生成氯化鐵和氫氣，化學(xué)反應(yīng)方程式分別為:Cl2+H20=HC1+HCl0，6HCl+2Fe=2FeCl3+3H2

其中氯化鐵為黃褐色粉末，這就是經(jīng)常看到液氯管道腐蝕部位的黃竭色固體粉末狀的物質(zhì)?？刂埔郝戎械暮渴欠乐够瘜W(xué)腐蝕的關(guān)鍵。電化學(xué)腐蝕是因?yàn)楣艿啦牧系牟痪鶆蛐栽斐傻?，如電位的不均勻性，晶格的不均勻性等均能引起腐蝕。液氯對金屬電化學(xué)腐蝕主要型式是孔蝕液氯管道焊接時，可能由于未焊透導(dǎo)致焊縫根部存在縫隙，液氯滯留在縫隙處，從而發(fā)生縫隙腐蝕。法蘭連接處，由于密封不良導(dǎo)致法蘭對接處金屬間存在縫隙，發(fā)生縫隙腐蝕。石化煉油裝置管道的失效石化煉油裝置有原油蒸餾、加氫處理和催化重整等裝置，這些裝置的失效主要是HCl腐蝕（通常稱H20+HCl+H2S環(huán)境）、酸性水腐