冶金業(yè)管道失效防范策略論文

　　1失效案例一

　　某鋼廠(chǎng)氧氣管道，經(jīng)設計、安裝后于2007年10月投入運行。該管道直管段材質(zhì)為20鋼，彎管段材質(zhì)為25鋼，管道最高操作壓力為1.9MPa，操作溫度為常溫，管道規格覫219×6mm。2008年5月，發(fā)現該管道在水平∏型管道的某一彎頭焊縫處（）發(fā)生破裂，造成管道氧氣泄漏。由于發(fā)現及時(shí)并采取補救措施，避免了事故的進(jìn)一步發(fā)生。

　　1.1管道失效分析先對失效管道作材料的化學(xué)成分和斷口形貌分析，然后再進(jìn)一步作失效原因綜合分析。

　　1.1.1取樣材料的化學(xué)成分

　　對管道取樣材料進(jìn)行了化學(xué)成分分析，分析結果見(jiàn)表1。根據表1分析結果可以確認，取樣管道材料直管段為20碳素鋼，彎管段材料為25碳素鋼，與原設計的材料牌號相符。

　　1.1.2取樣材料的宏觀(guān)形貌

　　1.1.2.1焊縫成型宏觀(guān)形貌

　　本次現場(chǎng)取樣試樣共兩塊

　　其中一塊試樣（試樣1）含有斷口，另一塊（試樣2）為相鄰斷口的試樣。為試樣1的內壁表面狀況及焊縫成型情況。從中可以觀(guān)察到管道內壁焊縫根部外形不連續，成型較差，局部有焊瘤，焊縫余高超標。（c）為試樣2內壁焊縫質(zhì)量情況，可以看到焊縫余高較高，且焊縫存在不連續，局部區域存在錯邊及根部未焊透缺陷。值得注意的是緊靠斷口內壁焊縫成型表面呈自由表面特征，說(shuō)明此處為斷弧地方，內壁的余高引起該處較大的應力集中。綜上所述，該焊縫內表面成型較差，且根部存在局部未焊透超標缺陷。

　　1.1.2.2試樣斷口的宏觀(guān)形貌

　　下方為本次管道斷裂斷口的全貌，整個(gè)斷口較為平坦，焊縫區域斷口上具有較為明顯的放射狀條紋，最左側下方呈纖維狀特征。該部位的斷口較為新鮮，說(shuō)明為最終斷裂區域。斷口上沒(méi)有腐蝕特征，從整個(gè)斷口形貌及放射狀條紋可以判斷裂紋起裂部位在內壁焊縫根部區域。為起裂區域的放大照片，從中可以看出起裂部位存在焊縫疏松及未焊透缺陷，內壁根部焊縫余高呈自由表面特征，說(shuō)明該部位在施焊過(guò)程中是斷弧部位，造成焊縫外形不連續，引起應力集中。圍繞裂源部位擴展的半圓弧狀條紋，說(shuō)明裂紋擴展呈鈍化再鈍化過(guò)程，具有疲勞擴展特征。綜上所述，從試樣斷口的宏觀(guān)形貌分析，該斷口明顯呈脆性疲勞斷口特征。說(shuō)明現場(chǎng)該區域的管道存在振動(dòng)情況（經(jīng)現場(chǎng)確認，該管段存在劇烈振動(dòng)情況）。

　　1.2失效原因綜合分析

　�。�1）該管道化學(xué)成分符合相關(guān)標準要求。

　�。�2）根據取樣材料焊縫宏觀(guān)檢查，該管道環(huán)焊縫（內壁）成型較差，焊縫余高超標。同時(shí)存在焊縫根部未焊透、疏松夾雜等超標缺陷，焊縫外觀(guān)不連續，因此該焊縫存在安裝遺留的超標缺陷,且裂紋源產(chǎn)生于安裝時(shí)的根部未焊透處。

　�。�3）可以確認，本次造成管道破裂的原因是焊縫根部疏松和未焊透，在運行過(guò)程中由于管道異常振動(dòng)，引發(fā)疲勞裂紋擴展直至最終造成管道破裂。

　　2失效案例二

　　某鋼廠(chǎng)中壓主蒸汽管道，2009年，在運行過(guò)程中一處焊接接頭發(fā)生斷裂，斷裂時(shí)伴有巨大的響聲，管道完全斷開(kāi)，并有較大變形，斷裂處附近支架亦損壞。該管道規格為覫219×8mm，工作壓力1.7MPa，工作溫度492℃，管道材料12CrMoVG。斷口處位于一個(gè)三通與直管的對接焊縫上，此三通是連接疏水閥的。

　　2.1管道失效分析

　　2.1.1宏觀(guān)檢查

　　焊口拉斷后，二斷口間距較大，見(jiàn)，說(shuō)明此焊口焊接時(shí)拘束應力較大。

　　2.1.2斷口的宏觀(guān)形貌

　　從斷口處可以看到有整圈未焊透缺陷，未焊透深度約1～4mm，見(jiàn)。因為此焊口是固定焊口，說(shuō)明焊接時(shí)坡口型式、尺寸和間隙不合理。

　　2.2失效原因綜合分析

　�。�1）該焊口存在深度為1～4mm的整圈未焊透缺陷；

　�。�2）該焊口為固定焊口，焊接應力較大；

　�。�3）在疏水閥附近，管道運行時(shí)可能產(chǎn)生水擊現象，增加了管道的負荷，造成管道異常振動(dòng)；

　�。�4）可以確認，本次造成管道破裂的原因是焊縫存在嚴重的未焊透缺陷，同時(shí)在應力和異常振動(dòng)的作用下，促使了裂紋在此形核和發(fā)展，直至管道破裂。

　　3失效案例三

　　某鋼廠(chǎng)一條高壓氧氣管道，管道規格覫480×10mm，材質(zhì)1Cr18Ni9，工作壓力為3.0MPa，工作溫度為常溫，投入運營(yíng)時(shí)間為1997年1月。該管道架空敷設，架空高度6m，周?chē)�環(huán)境噪聲較大。在對該管道進(jìn)行全面檢驗時(shí)，首先對該管道進(jìn)行了應力計算，確定出應力值較大的位置，從而有針對性地對這些位置進(jìn)行宏觀(guān)檢查。宏觀(guān)檢查時(shí)發(fā)現，管體有一處穿透性裂紋，裂紋位于高頸法蘭與管道連接處，開(kāi)裂方向垂直于管道軸線(xiàn)，開(kāi)裂長(cháng)度約200mm，裂紋開(kāi)口較大，斷面發(fā)黑，可見(jiàn)大量分叉紋路，缺陷外觀(guān)形貌。

　　3.1管道失效分析

　　3.1.1微觀(guān)形貌

　　起裂源位于法蘭母材，距焊縫熔合區約5mm，裂紋分支眾多，基本上沿晶分布，也有部分穿晶，與奧氏體不銹鋼應力腐蝕開(kāi)裂形態(tài)一致，且該部位為應力值較大區域。

　　3.1.2腐蝕產(chǎn)物

　　對開(kāi)裂處進(jìn)行了腐蝕產(chǎn)物分析，發(fā)現晶界及沿晶斷口處含有S、Cl等元素。

　　3.2失效原因綜合分析

　�。�1）法蘭頸部存在原始制造缺陷；

　�。�2）該處應力載荷較大；

　�。�3）可以確認，本次管道開(kāi)裂的原因是法蘭頸部存在原始制造缺陷，在管道的荷載以及大氣中的水汽腐蝕作用的共同影響下，缺陷擴展直至穿透整個(gè)管壁，造成管道泄漏。

　　4預防措施

　　為保證管道的安全運行，應注意以下幾點(diǎn)：

　�。�1）在壓力管道安裝中，對焊接質(zhì)量及無(wú)損檢測嚴格把關(guān)，避免焊縫中存在未焊透等超標缺陷；

　�。�2）在壓力管道安裝中，嚴格把好法蘭等管件的產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)；

　�。�3）從長(cháng)期安全運行方面考慮，在全面檢驗中，應對管線(xiàn)進(jìn)行應力分析計算，并對應力載荷較大的部位進(jìn)行重點(diǎn)檢查；

　�。�4）對管道存在異常振動(dòng)的部位，尋找異常振動(dòng)的原因，并采取有效的消振措施。

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