石油化工裝置安全生產(chǎn)形勢嚴峻,全球工業(yè)火災爆炸的頻率和經(jīng)濟損失,一直呈增長趨勢。據(jù)資料統(tǒng)計:石油化工裝置事故占近60%,統(tǒng)計事故中35%是由于管道系統(tǒng)引發(fā)的,這足以引起人們對管道安全屏障作用的關注。管道器材防護失效造成泄漏的原因,不外乎機械破壞、腐蝕和密封失效,這正是管道設計安全的要害,了解并處理好這些問題是管道設計者的責任。



一、低溫脆性斷裂


  材料溫度低于其脆性轉(zhuǎn)變溫度時,其沖擊韌性急劇下降,造成脆性斷裂。操作溫度等于或低于-20℃時,按規(guī)范要求選用低溫材料是無疑的。由于地區(qū)環(huán)境溫度的影響,或如液化氣體急劇汽化,管道金屬溫度可能等于或低于-20℃時。亦應按相當?shù)蜏夭牧线x用,并要求按設計最低溫度做沖擊試驗。



二、高溫破壞


  金屬材料在高溫下組織和性能惡化,常見的有蠕變、珠光體球化、石墨化、回火脆化等導致金屬材料弱化和脆化。


 1. 蠕變失效


    金屬材料在(0.3~0.5)Tm(熔點)溫度時,在恒應力作用下發(fā)生應變,隨著時間的推移,應變增加,繼而出現(xiàn)塑性變形,以穩(wěn)定蠕變發(fā)展到快速蠕變甚至斷裂。蠕變失效形式有:過量變形,如爐管“鼓肚”;彈性應用松弛,如螺栓緊固力降低、斷裂。


 2. 碳鋼、珠光體耐熱鋼的珠光體球化


    鋼的珠光體中的片狀碳化物球化的速度和程度。主要決定于溫度和時間,碳鋼在溫度為400℃完全球化約需2x106h,510℃時則只需2.9x10th。球化后的鋼材,室溫強度、高溫強度和持久強度均降低。


 3. 碳鋼和碳鉬鋼的石墨化


    碳鋼和0.5Mo鋼長期在高溫下工作,組織中過飽和碳原子發(fā)生遷移和聚集,轉(zhuǎn)化為石墨,使材料強度降低。石墨化最容易發(fā)生于焊接熱影響區(qū)。美國某電站,505℃的主蒸汽管道采用0.5Mo鋼管,在運行5年后斷裂,造成嚴重損失。0.5Mo鋼在468℃溫度下長期工作就有石墨化傾向,發(fā)生事故是遲早的事。


    GB 150《壓力容器》強調(diào)“碳素鋼和碳錳鋼在高于425℃溫度下長期使用時,應考慮鋼中碳化物相的石墨化傾向”。


 4. 回火脆化


    臨氫環(huán)境,鉻鉬鋼長期在375~575℃溫度下工作,可能出現(xiàn)可逆性回火脆化,表現(xiàn)為脆化轉(zhuǎn)變溫度升高,如某2.25Cr1Mo鋼脫硫反應器在332~432℃運行30000h后,脆化轉(zhuǎn)變溫度由-37℃升至60℃。因而,回火脆化被認為是2.25CrlMo鋼脆性破壞的主要危險。為防止脆斷,找到設備管道安全升(降)壓溫度是重要的。應指出的是:臨氫鉻鉬鋼脆裂,常是回火脆化和氫脆共同作用的結(jié)果。金屬材料高溫破壞,還有如。相析出脆化、強化合金析出相脆化都會致使基體弱化導致破壞。


三、疲勞破壞


   金屬材料在交變載荷或溫度周期變化的情況下,出現(xiàn)變形損傷甚至斷裂的現(xiàn)象。其危險性在于:沒有明顯的塑性變形就突然斷裂。制氫裝置的變壓吸附操作,約每8min升降壓一次,在設計壽命期內(nèi),升降壓循環(huán)次數(shù)超過百萬次,管道若不按疲勞設計考慮,疲勞破壞在所難免。某有機合成廠,引進的0.30萬噸/年合成酒精裝置中,乙烯罐高位放空管只因為供貨方未按原設計要求設防震拉筋,1981年管線焊縫處發(fā)生斷裂,乙烯噴出起火爆炸。事故分析發(fā)現(xiàn):斷口上有兩個對稱的疲勞區(qū),疲勞擴展斷口面積占4/5,結(jié)論是疲勞破壞。


   經(jīng)過費用比較后,選用耐蝕材料(含復合材料)或增加管道的腐蝕裕量;對管道壁厚實施在役檢測,或?qū)鶆蚋g實行監(jiān)控。復合材料有金屬復合和非金屬復合兩種,都是以碳鋼管為基材,用機械方法將耐蝕材料復合于管道表面。前者最緊要的是復合界面結(jié)合剪切強度和結(jié)合率應符合要求;后者最緊要的是抗真空性能。


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