壓力管道裂紋成因及預防措施

1、<p>　　壓力管道裂紋成因及預防措施</p><p>　　【摘要】管道是用來輸送流體物料的一種設備，壓力管道的裂紋缺陷是其最為危險的缺陷之一，也是壓力管道出現(xiàn)各種事故的主要原因。本文通過對于壓力管道產(chǎn)生裂紋的各種原因以及狀況等進行分析，并根據(jù)其產(chǎn)生原因提出相應的改進措施。以減少和避免壓力管道的裂紋產(chǎn)生而出現(xiàn)的各種爆炸和破裂事故。 </p><p>　　【關鍵詞】壓力管道；裂紋；

2、產(chǎn)生原因；預防措施 </p><p>　　中圖分類號： TE832 文獻標識碼： A 文章編號： </p><p>　　壓力管道指的是運用壓力來輸送流體物料的管狀設備，壓力管道其規(guī)定范圍為最高壓力要等于或者大于0.1表壓的蒸汽介質(zhì)、液化氣體、氣體或者是有腐蝕性、有毒、易爆、可燃、工作最高溫度等于或高于其標準沸點的相關液體介質(zhì)，并且公稱直徑大于25mm的一些管道。化工生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)要連

3、續(xù)進行，經(jīng)常有介質(zhì)在裝置中的輸送，而介質(zhì)有很多都有腐蝕性，從而會使得壓力管道局部或者整體壁厚減薄，造成其承載力降低，產(chǎn)生泄露開裂現(xiàn)象，嚴重的會產(chǎn)生爆炸或者突然破裂等事故。 </p><p>　　為了保證壓力管道的安全運行，最重要的是防止它在使用過程中發(fā)生破壞。 因此，應該了解、掌握各種破壞形式的機理、產(chǎn)生原因、主要特征，以便有效防止壓力管道爆炸事故的發(fā)生。發(fā)生管道破裂的主要原因及預防措施如下： </p>

4、;<p>　　一、管道設計不合理 </p><p>　　1） 管道柔性不足。由于管道尺寸及支架結構、管件與閥門的連接形式不合理或螺紋制式不一致等原因，會使管道柔性不夠。此外，如管道設計欠佳，管道的固定方法不當，很容易因設備與機器的振動、氣流脈動而引起振動，焊縫出現(xiàn)疲勞裂紋和支架變形，最后導致管道破裂。 </p><p>　　2）管道工藝設計有缺點。如氮氣與氧氣的管道連接在一起

5、，操作中誤關閉充氮閥門，致使氧氣進入合成水洗系統(tǒng)，形成爆炸性混合物導致整個系統(tǒng)（包括管網(wǎng)）爆炸。 </p><p>　　1.2 預防措施。 </p><p>　　1）管道設計時，應考慮其在受氣候、自然條件的影響時的變形補償方法。 </p><p>　　2）置換或工藝用惰性氣體與可然性氣體管道應裝設兩只閥門，中間應加裝放空閥，將漏入的氧氣放空，防止氧氣竄入氮氣管道。噴

6、嘴氧氣進口管道的氮氣置換，可采用中壓蒸汽置換吹掃，以免氧氣與氮氣管道相連通。 </p><p>　　二、材料缺陷、誤用代材 </p><p>　　1）、在進行壓力管道制作加工過程中，由于其金屬材料自身夾渣、縮孔、疏松等缺陷，經(jīng)過機加工、卷制、沖壓、軋制會產(chǎn)生一些線型裂紋。產(chǎn)生的裂紋有的在表面，有的在內(nèi)部，由于在使用之前只能夠?qū)τ诠艿啦牧铣闃訖z查，所以這樣的裂紋在采購的時候要根據(jù)國家的工況條

7、件和行業(yè)標準，認真檢查其材質(zhì)證明、合格證、生產(chǎn)許可證等是否符合設計要求，對于強腐蝕性、有毒介質(zhì)進行輸送的時候，應該對其進行強腐蝕性、機械性能、化學分析等進行檢驗。 </p><p>　　2） 選用代材不符合要求或誤用。如誤用碳鋼鋼管代替原設計的合金鋼管，將使整個管道或局部管材的機械強度和沖擊韌性大為降低，從而導致管道運行中發(fā)生斷裂爆炸事故。 </p><p>　　3） 焊接質(zhì)量低劣，管道的

8、焊接缺陷主要指焊縫裂紋、錯位、燒穿、未焊透、焊瘤和咬邊等。 </p><p>　　三、壓力管道的焊接裂紋 </p><p>　　焊接裂紋是在其補焊或阻焊的時候產(chǎn)生的，經(jīng)常出現(xiàn)在焊縫熱的影響區(qū)以及具有較強的殘余應力的角焊縫缺陷部位、十字焊縫以及焊縫附近，按照其機理產(chǎn)生氛圍冷裂紋和熱裂紋兩種。 </p><p><b>　　1、熱裂紋 </b>&l

9、t;/p><p>　　熱裂紋的產(chǎn)生是在高溫狀況下，而且均是沿著其自身的奧氏體晶界產(chǎn)生開裂。其熱裂紋有多邊化裂紋、高溫液化裂紋以及結晶裂紋三種。在日常的實際生產(chǎn)中，最為普遍的就是結晶裂紋，其產(chǎn)生的必要因素就是在進行結晶焊縫時承受其拉伸應力，在進行焊接時在熱源作用下，焊縫區(qū)不斷升溫，金屬由此受熱膨脹，而焊縫四周冷金屬又對于膨脹進行阻礙，使得焊縫的受熱區(qū)不斷承受壓縮應力而向前移動，焊縫某點溫度開始降低，其金屬體積產(chǎn)生收縮，

10、其四周金屬一定會進行阻止，焊縫區(qū)便產(chǎn)生拉伸應力，會使得焊縫有可能產(chǎn)生結晶裂紋。 </p><p>　　結晶裂紋進行預防的措施： </p><p>　　1）對于焊縫有害雜質(zhì)進行合理控制。加強對于不銹鋼、低合金鋼、焊接低碳鋼，P, S是最有害的兩種雜質(zhì)，其形成的相關低熔點共晶，使得其焊縫出現(xiàn)裂紋。 </p><p>　　2）改變其接頭形式。不同的接頭形式其產(chǎn)生的剛度、結

11、晶特點、散熱條件等也不一樣，在進行接頭的時候要盡可能的避免其應力集中，減少其焊縫周圍的剛度。例如圖a, b所示這樣形式的接頭其抗裂性相對較好，圖c的接頭形式其產(chǎn)生的抗裂性比較差。 </p><p>　　圖1 焊縫接頭方式示意圖 </p><p><b>　　2、冷裂紋 </b></p><p>　　當管道焊接的接頭漸漸冷卻至比較低的溫度時，由于

12、其在氫、淬硬組織、拘束應力的影響而產(chǎn)生裂紋，在冷裂紋中延遲裂紋是最為普遍的形態(tài)。其主要特點是在焊后會在一段時間之后才會產(chǎn)生裂紋。其擴展和生成要取決于材料焊縫金屬內(nèi)的氫含量、接頭的應力狀態(tài)以及材料內(nèi)的淬硬傾向的互相作用。延遲裂紋形態(tài)具有根部裂紋，焊道下裂紋、焊趾裂紋三種。 </p><p>　　延遲裂紋的產(chǎn)生的預防措施有： </p><p>　　（1)、選擇低氫焊接工藝或者低氫焊接材料。 &

13、lt;/p><p>　　（2)、進行焊接的焊劑、焊條要放在通風、干燥的環(huán)境內(nèi)。在進行焊接之前普通的那些低氫焊條要放在3500C環(huán)境內(nèi)，超低氫焊條需要在400到450 0C的環(huán)境內(nèi)，進行兩個小時的烘干，并且要在保溫箱內(nèi)進行存放。 </p><p>　　（3)、在進行管道焊接時，要防止其穿堂風，要盡量一次性完成焊縫，對那些容易產(chǎn)生焊接之后裂紋延遲產(chǎn)生的材料要在焊接之后再進行處理。 </p&g

14、t;<p><b>　　3熱處理裂紋 </b></p><p><b>　　3.1產(chǎn)生機理 </b></p><p>　　再熱裂紋是在進行焊后熱處理時形成的晶間裂紋，其為分支狀呈現(xiàn)，在焊接熱影響區(qū)的一些粗晶粒地方容易出現(xiàn)，其產(chǎn)生與內(nèi)應力大小、加熱溫度、材料化學成分等有關。主要與其材料有關，含Mo,V成分比較高的焊接材料容易發(fā)生這些現(xiàn)

15、象。 </p><p><b>　　3.2預防措施 </b></p><p>　?。?)、選用比母材強度稍微低一些的焊接材料。 </p><p>　?。?)、在進行材料選擇時要對其機械性是否符合設計規(guī)定進行檢查，并且對管子 </p><p>　　要進行200-3000C的均勻加熱或者進行熱處理，并進行緩冷保溫。 <

16、/p><p>　?。?)、焊縫表面余高、未焊縫、焊縫咬邊等都會使得熱影響區(qū)形成應力集中，因此 </p><p>　　要對其進行避免，加強對于以上狀況的重視。 </p><p><b>　　4應力裂紋 </b></p><p><b>　　4.1產(chǎn)生機理 </b></p><p>

17、　　由于壓力管道其自身的布置結構不夠合理或者其材料自身存在一些缺陷，使得其溫度產(chǎn)生波動，長時間壓力、局部應力過高等，在不斷的停開車等載荷交變過程中產(chǎn)生了應力裂紋。在一般狀況下其承受載荷有壓力載荷、重力載荷、壓力脈沖載荷、地震載荷、風載荷、機器振動載荷、位移載荷。當以上管道載荷以及其局部的實際應力集中到其應力最高值的時候，就會產(chǎn)生管道疲勞破壞和管道催性斷裂等。 </p><p><b>　　4.2預防措施

18、 </b></p><p>　　(1)、減少其溫差應力，盡量避免設備在系統(tǒng)中的頻繁啟動。 </p><p>　　(2)、管道布置要進行合理安排，減少和避免應力集中，減少各個管道之間的約束或者互不約束。 </p><p>　　(3)、在進行管道布置的時候要進行其管道柔性增加的考慮，采用一些管道補償器，通過采用彈簧支吊架來進行管道柔性的增加。 </p&

19、gt;<p><b>　　結束語 </b></p><p>　　目前，我國壓力管道相比壓力容器的監(jiān)管工作存在較多不規(guī)范，在使用過程中，壓力管道會因為各種原因例如其焊接材料、焊接溫度、材料雜質(zhì)含量、接頭形式等原因而使得壓力管道可能出現(xiàn)裂紋，，通過對于壓力管道產(chǎn)生裂紋的各種原因以及狀況等進行分析和了解， </p><p>　　并根據(jù)其產(chǎn)生原因提出相應的改進措

20、施。以減少和避免壓力管道的裂紋產(chǎn)生而出現(xiàn)的各種爆炸和破裂事故。以確保優(yōu)良的壓力管道質(zhì)量。提高經(jīng)濟效益和社會效益，避免財產(chǎn)損失，保障人身安全。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]金仁良，周昌玉，王波，彭劍內(nèi)壓作用下含雙外凹坑缺陷壓力管道的評定方法研究田壓 力容器,2012,(01) </p><p>