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冶金業(yè)管道失效防范策略

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冶金業(yè)管道失效防范策略

1失效案例一

某鋼廠氧氣管道,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(guī)格覫219×6mm。2008年5月,發(fā)現(xiàn)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(xiàn)及時并采取補救措施,避免了事故的進一步發(fā)生。

1.1管道失效分析先對失效管道作材料的化學成分和斷口形貌分析,然后再進一步作失效原因綜合分析。

1.1.1取樣材料的化學成分

對管道取樣材料進行了化學成分分析,分析結(jié)果見表1。根據(jù)表1分析結(jié)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取樣材料的宏觀形貌

1.1.2.1焊縫成型宏觀形貌

本次現(xiàn)場取樣試樣共兩塊

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(nèi)壁表面狀況及焊縫成型情況。從中可以觀察到管道內(nèi)壁焊縫根部外形不連續(xù),成型較差,局部有焊瘤,焊縫余高超標。(c)為試樣2內(nèi)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(xù),局部區(qū)域存在錯邊及根部未焊透缺陷。值得注意的是緊靠斷口內(nèi)壁焊縫成型表面呈自由表面特征,說明此處為斷弧地方,內(nèi)壁的余高引起該處較大的應力集中。綜上所述,該焊縫內(nèi)表面成型較差,且根部存在局部未焊透超標缺陷。

1.1.2.2試樣斷口的宏觀形貌

下方為本次管道斷裂斷口的全貌,整個斷口較為平坦,焊縫區(qū)域斷口上具有較為明顯的放射狀條紋,最左側(cè)下方呈纖維狀特征。該部位的斷口較為新鮮,說明為最終斷裂區(qū)域。斷口上沒有腐蝕特征,從整個斷口形貌及放射狀條紋可以判斷裂紋起裂部位在內(nèi)壁焊縫根部區(qū)域。為起裂區(qū)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(nèi)壁根部焊縫余高呈自由表面特征,說明該部位在施焊過程中是斷弧部位,造成焊縫外形不連續(xù),引起應力集中。圍繞裂源部位擴展的半圓弧狀條紋,說明裂紋擴展呈鈍化再鈍化過程,具有疲勞擴展特征。綜上所述,從試樣斷口的宏觀形貌分析,該斷口明顯呈脆性疲勞斷口特征。說明現(xiàn)場該區(qū)域的管道存在振動情況(經(jīng)現(xiàn)場確認,該管段存在劇烈振動情況)。

1.2失效原因綜合分析

(1)該管道化學成分符合相關(guān)標準要求。(2)根據(jù)取樣材料焊縫宏觀檢查,該管道環(huán)焊縫(內(nèi)壁)成型較差,焊縫余高超標。同時存在焊縫根部未焊透、疏松夾雜等超標缺陷,焊縫外觀不連續(xù),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,在運行過程中由于管道異常振動,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

某鋼廠中壓主蒸汽管道,2009年,在運行過程中一處焊接接頭發(fā)生斷裂,斷裂時伴有巨大的響聲,管道完全斷開,并有較大變形,斷裂處附近支架亦損壞。該管道規(guī)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宏觀檢查

焊口拉斷后,二斷口間距較大,見,說明此焊口焊接時拘束應力較大。

2.1.2斷口的宏觀形貌

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。因為此焊口是固定焊口,說明焊接時坡口型式、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,管道運行時可能產(chǎn)生水擊現(xiàn)象,增加了管道的負荷,造成管道異常振動;(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,同時在應力和異常振動的作用下,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

某鋼廠一條高壓氧氣管道,管道規(guī)格覫480×10mm,材質(zhì)1Cr18Ni9,工作壓力為3.0MPa,工作溫度為常溫,投入運營時間為1997年1月。該管道架空敷設,架空高度6m,周圍環(huán)境噪聲較大。在對該管道進行全面檢驗時,首先對該管道進行了應力計算,確定出應力值較大的位置,從而有針對性地對這些位置進行宏觀檢查。宏觀檢查時發(fā)現(xiàn),管體有一處穿透性裂紋,裂紋位于高頸法蘭與管道連接處,開裂方向垂直于管道軸線,開裂長度約200mm,裂紋開口較大,斷面發(fā)黑,可見大量分叉紋路,缺陷外觀形貌。

3.1管道失效分析

3.1.1微觀形貌

起裂源位于法蘭母材,距焊縫熔合區(qū)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裂形態(tài)一致,且該部位為應力值較大區(qū)域。

3.1.2腐蝕產(chǎn)物

對開裂處進行了腐蝕產(chǎn)物分析,發(fā)現(xiàn)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:(1)在壓力管道安裝中,對焊接質(zhì)量及無損檢測嚴格把關(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)從長期安全運行方面考慮,在全面檢驗中,應對管線進行應力分析計算,并對應力載荷較大的部位進行重點檢查;(4)對管道存在異常振動的部位,尋找異常振動的原因,并采取有效的消振措施。