壓力管道的破壞形式和預防措施

姜德林，王志杰，孫 霞

（1．齊齊哈爾市特種設備檢驗研究所，黑龍江 齊齊哈爾161005；2．齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司基建設備部，黑龍江 齊齊哈爾161005）

壓力管道的破壞形式和預防措施

姜德林1，王志杰2，孫 霞

（1．齊齊哈爾市特種設備檢驗研究所，黑龍江 齊齊哈爾161005；2．齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司基建設備部，黑龍江 齊齊哈爾161005）

主要介紹了壓力管道的幾種破壞形式和預防措施。

壓力管道；破壞；預防

壓力管道是一種特種設備。在壓力管道中，其輸送的介質往往具有易燃、易爆、有毒、高溫、高壓、深度冷凍、強腐蝕性等特點，一旦由于管道材料有缺陷、結構強度或致密性存在問題而發生泄漏和斷裂，則會引起火災、爆炸、中毒以及其他事故，后果嚴重。為保證壓力管道的安全運行，防止事故發生，我們必須首先知道壓力管道的破壞形式及相應的破壞機理。

1 壓力管道的破壞形式

壓力管道的破壞形式歸納起來，主要有以下5種：脆性破壞、疲勞破壞、腐蝕破壞、蠕變破壞、沖刷磨損破壞。

1．1 脆性破壞

管道在破裂時沒有顯著的塑性變形，破裂時管壁的壓力遠遠小于材料的強度極限，有時甚至還低于材料的屈服極限，這種破壞與脆性材料的破裂很相似，故稱為脆性破壞。脆性破壞是在低應力狀態下發生的破壞，與低溫有直接的關系。破壞往往在一瞬間發生，沒有或只有很小的塑性變形，斷口一般都裂成碎片。該破壞主要是由于管道存在缺陷和材料韌性不足所致。通常在低溫下鋼的沖擊韌性顯著降低，對缺口的敏感性增大，這時管道若存在焊接缺陷或者是裂紋以及熱處理不當等情況，在這些缺陷部位就很容易產生管道脆性破壞。因此在制造中，就應該對低溫壓力管道提出比較高的要求，在選材上應該選擇韌性較好的材料，提高焊接質量，盡量避免焊接缺陷和應力集中部位的產生。

1．2 疲勞破壞

壓力管道在反復加壓和卸壓過程中受到交變載荷的長期作用，沒有經過明顯的塑性變形而導致壓力管道斷裂，這種破壞形式稱作疲勞破壞。由于管道的疲勞破壞是在局部應力較高的部位或材料缺陷處開始產生微裂紋，然后在交變應力作用下，微裂紋逐漸擴展為疲勞裂紋，最終突然斷裂。在這個過程中管壁的總體應力水平較低，管壁整體截面上處于彈性范圍內，所以疲勞破壞時管道不會有明顯的變形。疲勞破壞與脆性破壞的斷口形貌不同，疲勞斷口存在兩個明顯的區域：一個是疲勞裂紋產生及擴展區，另一個是最終斷裂區。大多數壓力管道的應力變化周期較長，裂紋擴展較為緩慢，所以有時仍能見到裂紋擴展的弧形紋路。如果斷口上的疲勞線比較清晰，還可以根據它找到疲勞裂紋的策源點。這個策源點和斷口其他地方的形貌不同，策源點往往產生在應力集中的地方。

壓力管道產生疲勞破壞的主要原因是：一方面由于大型往復式空壓機、汽輪機、泵等，因機械本身的構造、損傷、、安裝不平衡，當其開啟、停止時，其機械傳動不平衡往往傳遞給管道系統，使之產生疲勞裂紋及斷裂；另一方面管路的熱膨脹和熱收縮引起管路振動，也會造成管道的疲勞破壞。

為防止疲勞破壞，通常在運行中應盡量避免頻繁加載、過大的壓力波動和溫度變化；設計時應注意管道的局部峰值壓力的控制。

1．3 腐蝕破壞

腐蝕破壞是指壓力管道材料在腐蝕性介質作用下，引起管道壁由厚變薄或材料組織結構改變，機械性能降低，使壓力管道承載能力不夠而發生的破壞。主要包括：均勻腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕、氫腐蝕和磨損腐蝕等形式。

（1）均勻腐蝕是管道整個暴露表面上或者是大部分面積上產生程度基本相同的化學或電化學腐蝕，是最常見的腐蝕形式，一般采用測厚或目測即可。

（2）點蝕是管道內表面集中在個別小點上深度較大的腐蝕，很容易產生在焊縫熱影響區，是最具破壞性和隱藏性的腐蝕性之一，一般只能通過超聲波或者是射線檢測才能發現。

（3）縫隙腐蝕是由于縫隙溶液的阻礙和滲透形成濃差電池而產生的一種強烈腐蝕，管道縫隙腐蝕主要產生在焊縫的不連續處 （根部凹坑）或焊接缺陷（未融合或未焊透部位）。

（4）晶間腐蝕發生在晶界或晶界附近，而晶粒本身的腐蝕是較小的一種腐蝕形態，這種腐蝕造成晶粒脫落，使材料的機械強度和延伸率顯著下降，但仍保持原有的金屬光澤而不易被發現，故危害較大。奧氏體不銹鋼經常發生晶間腐蝕。該缺陷不易通過測厚檢測和外觀檢查發現，而必須采用滲透或超聲波檢測以及抽樣進行力學性能試驗和金相試驗來發現。

（5）應力腐蝕裂紋和斷裂是壓力管道在拉壓力和特定的腐蝕介質共同作用下發生的破壞。這是一種極危險的腐蝕形態，往往在沒有先兆的情況下發生局部腐蝕，裂紋一旦出現，它的擴展速度比其他局部腐蝕速度快得多。這種腐蝕主要發生在蒸汽管線、旁路管線及含有氯化物介質的奧氏體不銹鋼焊縫及熱影響區。

（6）氫腐蝕是由于氫滲進金屬內部而造成金屬性能惡化的現象。氫腐蝕通常產生于低合金鋼和高強度不銹鋼管道中。引起氫腐蝕的原因除了材料本身的性能特點外，氫環境是最主要的外界影響因素，尤其是在高溫高壓的條件下更加明顯。

（7）磨損腐蝕是由于腐蝕介質與金屬之間的相對運動，而使腐蝕過程加速的現象。腐蝕流體既對金屬表面的氧化物產生機械沖刷破壞，又與不斷露出的金屬新鮮表面發生劇烈的化學或電化學腐蝕，故腐蝕速度較快。

預防腐蝕破壞的方法：一是根據介質選用合適厚度的抗腐蝕材料的壓力管道；二是對奧氏體不銹鋼管道應嚴格控制氯離子含量，并避免在不銹鋼敏感溫度下使用，防止破壞不銹鋼表面的鈍化膜和防止晶間腐蝕的產生；三是選用內表面涂防腐層的管道。

1．4 蠕變破壞

在一定的溫度和載荷作用下，壓力管道隨時間而伸長和破壞的現象稱為蠕變破壞。蠕變破壞是高溫及拉應力長期作用的結果，因而通常有明顯的塑性變形，其變形量的大小取決于材料的塑性，同時金相組織發生明顯的變化。 預防壓力管道發生蠕變破壞應在設計、制造和使用中加以控制，如根據壓力管道的使用溫度選用抗蠕變性能合適的材料，在制造中要防止焊接和冷加工時降低材料的抗蠕變性能，在管道的運行中要防止超溫現象。

1．5 沖刷磨損破壞沖刷

沖刷磨損是管道內的介質對管壁的長期沖刷，造成了管壁壁厚的減薄，當管壁的厚度不能滿足強度要求時，就會在管道沖刷部位產生沖刷磨損破壞。該破壞是一種塑性破壞，破壞時具有較大的塑性變形，斷口呈撕裂狀態且不平齊，一般不產生碎片或有少量碎塊。防止該破壞的措施是及時檢測發現壁厚已過分減薄而不能保證安全的管道，且在使用中盡量防止超壓運行。

2 結語

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生破壞。因此，應該了解、掌握各種破壞形式的機理、產生原因、主要特征，以便有效防止壓力管道爆炸事故的發生。

［1］ 張俊峰．化工行業壓力管道的破壞和無損檢測［J］．湖北化工，2000，（3）：45-46．

［2］ 王志杰，姜德林．壓力容器安全技術［M］．哈爾濱：東北林業大學出版社，2009.

Failure Mode and Preventive Action of Pressure Pipeline

JIANG De-lin，WANG Zhi-jie，SUN Xia
（Tsitsihar Special equipment inspection institute，Tsitsihar 161005，China）

TQ 015.3

B

1671-9905（2011）05-0053-02

姜德林（1966-），男，高級工程師，齊齊哈爾市特種設備檢驗研究所副所長

2011-03-03