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冶金业管道失效防范策略

   某钢厂氧气管道,经设计、安装后于2007年10月投入运行。该管道直管段材质为20钢,弯管段材质为25钢,管道高点操作压力为1.9MPa,操作温度为常温,管道规格覫219×6mm。2008年5月,发现该管道在水平∏型管道的某一弯头焊缝处()发生破裂,造成管道氧气泄漏。由于发现及时并采取补救措施,避免了事故的进一步发生。

1.1管道失效分析先对失效管道作材料的化学成分和断口形貌分析,然后再进一步作失效原因综合分析。

1。1。1取样材料的化学成分

    对管道取样材料进行了化学成分分析,分析结果见表1。根据表1分析结果可以确认,取样管道材料直管段为20碳素钢,弯管段材料为25碳素钢,与原设计的材料牌号相符。

1.1.2取样材料的宏观形貌

1.1.2.1焊缝成型宏观形貌

本次现场取样试样共两块

   其中一块试样(试样1)含有断口,另一块(试样2)为相邻断口的试样。为试样1的内壁表面状况及焊缝成型情况。从中可以观察到管道内壁焊缝根部外形不连续,成型较差,局部有焊瘤,焊缝余高超标。(c)为试样2内壁焊缝质量情况,可以看到焊缝余高较高,且焊缝存在不连续,局部区域存在错边及根部未焊透缺陷。值得注意的是紧靠断口内壁焊缝成型表面呈自由表面特征,说明此处为断弧地方,内壁的余高引起该处较大的应力集中。综上所述,该焊缝内表面成型较差,且根部存在局部未焊透超标缺陷。

1。1。2。2试样断口的宏观形貌

   下方为本次管道断裂断口的全貌,整个断口较为平坦,焊缝区域断口上具有较为明显的放.射状条纹,最左侧下方呈纤维状特征。该部位的断口较为新鲜,说明为最终断裂区域。断口上没有腐蚀特征,从整个断口形貌及放.射状条纹可以判断裂纹起裂部位在内壁焊缝根部区域。为起裂区域的放大照片,从中可以看出起裂部位存在焊缝疏松及未焊透缺陷,内壁根部焊缝余高呈自由表面特征,说明该部位在施焊过程中是断弧部位,造成焊缝外形不连续,引起应力集中。围绕裂源部位扩展的半圆弧状条纹,说明裂纹扩展呈钝化再钝化过程,具有疲劳扩展特征。综上所述,从试样断口的宏观形貌分析,该断口明显呈脆性疲劳断口特征。说明现场该区域的管道存在振动情况(经现场确认,该管段存在剧烈振动情况)。

1.2失效原因综合分析

(1)该管道化学成分符合相关标准要求。(2)根据取样材料焊缝宏观检查,该管道环焊缝(内壁)成型较差,焊缝余高超标。同时存在焊缝根部未焊透、疏松夹杂等超标缺陷,焊缝外观不连续,因此该焊缝存在安装留下的超标缺陷,且裂纹源产生于安装时的根部未焊透处。(3)可以确认,本次造成管道破裂的原因是焊缝根部疏松和未焊透,在运行过程中由于管道异常振动,引发疲劳裂纹扩展直至最终造成管道破裂。

2失效案例二

某钢厂中压主蒸汽管道,2009年,在运行过程中一处焊接接头发生断裂,断裂时伴有巨大的响声,管道完全断开,并有较大变形,断裂处附近支架亦损坏。该管道规格为覫219×8mm,工作压力1。7MPa,工作温度492℃,管道材料12CrMoVG。断口处位于一个三通与直管的对接焊缝上,此三通是连接疏水阀的。

2。1管道失效分析

2.1.1宏观检查

焊口拉断后,二断口间距较大,见,说明此焊口焊接时拘束应力较大。

2.1.2断口的宏观形貌

从断口处可以看到有整圈未焊透缺陷,未焊透深度约1~4mm,见。因为此焊口是固定焊口,说明焊接时坡口型式、尺寸和间隙不合理。

2。2失效原因综合分析

(1)该焊口存在深度为1~4mm的整圈未焊透缺陷;(2)该焊口为固定焊口,焊接应力较大;(3)在疏水阀附近,管道运行时可能产生水击现象,增加了管道的负荷,造成管道异常振动;(4)可以确认,本次造成管道破裂的原因是焊缝存在严重的未焊透缺陷,同时在应力和异常振动的作用下,促使了裂纹在此形核和发展,直至管道破裂。

3失效案例三

某钢厂一条高压氧气管道,管道规格覫480×10mm,材质1Cr18 Ni9,工作压力为3。0MPa,工作温度为常温,投入运营时间为1997年1月。该管道架空敷设,架空高度6m,周围环境噪声较大。在对该管道进行全面检验时,首先对该管道进行了应力计算,确定出应力值较大的位置,从而有针对性地对这些位置进行宏观检查。宏观检查时发现,管体有一处穿透性裂纹,裂纹位于高颈法兰与管道连接处,开裂方向垂直于管道轴线,开裂长度约200mm,裂纹开口较大,断面发黑,可见大量分叉纹路,缺陷外观形貌。

3.1管道失效分析

3。1。1微观形貌

起裂源位于法兰母材,距焊缝熔合区约5mm,裂纹分支众多,基本上沿晶分布,也有部分穿晶,与奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂形态一致,且该部位为应力值较大区域。

3.1.2腐蚀产物

对开裂处进行了腐蚀产物分析,发现晶界及沿晶断口处含有S、Cl等元素。

3.2失效原因综合分析

(1)法兰颈部存在原始制造缺陷;(2)该处应力载荷较大;(3)可以确认,本次管道开裂的原因是法兰颈部存在原始制造缺陷,在管道的荷载以及大气中的水汽腐蚀作用的共同影响下,缺陷扩展直至穿透整个管壁,造成管道泄漏。

4预防措施

为保证管道的安全运行,应注意以下几点:(1)在压力管道安装中,对焊接质量及无损检测严格把关,避免焊缝中存在未焊透等超标缺陷;(2)在压力管道安装中,严格把好法兰等管件的产品质量关;(3)从长期安全运行方面考虑,在全面检验中,应对管线进行应力分析计算,并对应力载荷较大的部位进行重点检查;(4)对管道存在异常振动的部位,寻找异常振动的原因,并采取有效的消振措施。


(来源:矿道网)
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