【文章內(nèi)容簡介】 就需要壓力管道必須具備生產(chǎn)工藝要求的特定使用性能：結(jié)構(gòu)先進、安全可靠、制造安裝容易、維修方便、經(jīng)濟合理等。通常壓力管道至少應(yīng)保證以下性能： 管道的強度管道強度是指管道和管道元件在限定的壓力、溫度條件下抵抗破裂或過量塑性變形的能力。如管道設(shè)計時強度不足，在壓力作用下會產(chǎn)生塑性變形，最后導(dǎo)致管道破裂失效。 管系的柔性通常對管系通過自身的變形而吸收熱脹冷縮和其它位移的特性叫做管系的柔性，管系的柔性是反映管系變形難易程度的一個物理概念。影響管系柔性的因素通常包括以下幾點：① 管系中管道元件的規(guī)格（管徑和壁厚）；② 管系的空間幾何形狀和管道元件的數(shù)量；③ 管系端部相關(guān)設(shè)施的剛度；④ 管系中間支撐件的數(shù)量、支撐形式和約束效果；⑤ 管系中特殊管道元件（柔性元件）的影響，柔性元件通常包括波紋管膨脹節(jié)、U型膨脹節(jié)等。 管系的穩(wěn)定性管系的穩(wěn)定性（剛度）是指管線中管道或管道部件在限定的載荷條件下抵抗彈性變形的能力。與強度不同，管道或管道的受壓部件不會發(fā)生破裂和過量的塑性變形，但卻會由于彈性變形過大喪失正常的工作能力。其影響因素主要是管系內(nèi)管道的支撐、管道元件的布置和管道元件的規(guī)格。 管系的密封性管系的密封不但指壓力管道可拆連接處密封性，而且也包括各種母材和焊縫的致密程度。對易燃、毒性程度為高度危害和極度危害介質(zhì)的管系，其密封性能要求更加嚴(yán)格。對盛裝這類介質(zhì)的管系不但要求采用可靠的密封結(jié)構(gòu)，要求進行整體氣密性試驗，而且對制造和檢驗會有更多、更高的要求。壓力管道的失效型式一、 壓力管道破壞的主要原因 壓力管道在實際使用過程中，由于在設(shè)計、制造、安裝及運行管理中存在各類問題，管道的破壞性事故時有發(fā)生。同時由于工作介質(zhì)往往有易燃易爆、腐蝕及劇毒的特點，因此給壓力管道的安全運行帶來一定的威脅。 長輸管道在歐州國家長輸管線破壞事故的原因中，外力損傷占第一位，其次是腐蝕、制造缺陷、材料損傷等。美國長輸管線破壞事故的原因中，外力損傷占第一位，其次是腐蝕、材料損傷等。原蘇聯(lián)天然氣管道的事故原因主要是腐蝕、其次是制造缺陷、材料損傷和外力損傷。我國管線事故原因主要是腐蝕、外力損傷、制造缺陷和材料損傷等原因，與原蘇聯(lián)的事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)較為接近，和歐美國家情況相差較大，其主要原因在于當(dāng)時在管材、制管工藝、制造和安裝水平比較落后。近幾年，我國新建的西部油、氣管線由于所采用的設(shè)備、材料已接近國際水平，加之防腐、自動化操作水平的提高，設(shè)備故障、腐蝕、誤操作等原因造成的事故比例將會降低。 公用管道 城市煤氣和天然氣管線破壞事故的原因主要是腐蝕、外力損傷、制造缺陷和材料損傷等。工業(yè)管道 國外有關(guān)統(tǒng)計資料表明，工業(yè)管道的破壞性事故中，腐蝕破壞約占28．1％；疲勞破壞約占29．1％；蠕變破壞約占28．8％。可見腐蝕、疲勞、蠕變破壞是管道破壞的三大主要原因。將95年石化企業(yè)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類管道爆炸與嚴(yán)重損壞事故原因按圖1所示進行了分類，二、 壓力管道的主要失效形式和分類 壓力管道的主要失效形式 壓力管道的主要失效形式包括：① 因存在原始制造性缺陷和使用過程中新生缺陷引發(fā)的彈塑性斷裂失效模式；② 因環(huán)境或介質(zhì)影響造成的由腐蝕引發(fā)的破壞失效模式；③ 因高溫、高壓、臨氫、交變載荷環(huán)境造成的材料累積損傷失效模式，如珠光體球化、石墨化、回火脆化、蠕變破壞、疲勞破壞、氫損傷（包括氫腐蝕和氫脆）等。 壓力管道失效型式的分類 ① 壓力管道失效型式的分類方法有很多種。按破壞時宏觀變形量的大小可分為韌性破壞(延性破壞)和脆性破壞兩大類。 a. 韌性破壞 韌性破壞是管道在壓力的作用下管壁上產(chǎn)生的應(yīng)力達到材料的強度極限，因而發(fā)生斷裂的一種破壞型式。金屬材料在外力的作用下，首先產(chǎn)生彈性變形，當(dāng)外力引起的應(yīng)力超過材料的彈性極限(屈服點)時，除繼續(xù)產(chǎn)生彈性變形外，同時還產(chǎn)生塑性變形。當(dāng)外力引起的應(yīng)力達到材料的強度極限時，材料便發(fā)生斷裂，這就是材料變形過程的彈性變形、彈塑性變形和斷裂的三個階段。韌性破壞是一種因強度不足而發(fā)生的破壞。如果管道不是由于存在明顯的缺陷，或者材料也沒有明顯脆化，而是由于超壓導(dǎo)致破壞時，都屬于韌性破壞。通常具有如下一些特征： 1) 發(fā)生明顯變形； 2) 一般不產(chǎn)生碎片； 3) 實際爆破壓力與理論值相近。b. 脆性破壞 脆性破壞是指管道破壞時沒有發(fā)生宏觀變形，破壞時的管壁應(yīng)力也遠未達到材料的強度極限，有的甚至還低于屈服極限。脆性破壞往往在一瞬間發(fā)生，并以極快的速度擴展。這種破壞現(xiàn)象和脆性材料的破壞很相似，故稱為脆性破壞。又因為它是在較低的應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生的，故也叫做低應(yīng)力破壞。脆性破壞的基本原因是材料的脆性和存在嚴(yán)重缺陷。前者可因焊接和熱處理工藝不當(dāng)而引起，后者主要包括制造安裝時焊接接頭中遺留的缺陷和使用中產(chǎn)生的缺陷。此外，加載的速度、殘余應(yīng)力、結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中等都會加速脆斷破壞的發(fā)生。② 此外按破壞時材料的微觀(顯微)斷裂機制分類，也可以分為韌窩斷裂、解理斷裂、沿晶脆性斷裂和疲勞斷裂等。但實際工作中，往往采用一種習(xí)慣的混合分類方法，即以宏觀分類法為主，再結(jié)合一些斷裂特征。通常分為：制造時產(chǎn)生的原始缺陷破壞、腐蝕沖刷破壞、疲勞破壞、材料損傷和其他形式破壞。 壓力管道制造時產(chǎn)生的原始缺陷破壞a. 壓力管道焊接接頭中常見的焊接缺陷b. 鋼管中常見的制造缺陷：縱向裂紋、橫向裂紋、表面劃傷、折疊、夾雜和分層等。c. 鍛件中常見的鍛造缺陷：白點、鍛造裂紋、龜裂、夾沙、非金屬夾雜物以及縮孔和縮管。d. 鋼板中常見的制造缺陷：分層、裂紋、線狀缺陷、非金屬夾雜物、夾渣、折疊和偏析等。e. 鑄件中常見的制造缺陷：氣孔、夾渣、夾沙、密集氣孔、冷隔、縮孔和縮松、裂紋（熱裂紋、冷裂紋等）。 腐蝕破壞 壓力管道的腐蝕是由于受到內(nèi)部輸送物料及外部環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用(也包括機械等因素的共同作用)而發(fā)生的破壞。特別是石油化學(xué)工業(yè)，因其介質(zhì)腐蝕性強，并常常伴有高溫、高壓、磨損等，最易發(fā)生管道破壞事故。壓力管道的腐蝕破壞形態(tài)，主要有全面腐蝕、局部腐蝕、應(yīng)力腐蝕破裂、腐蝕疲勞及氫損傷。其中危害最大的當(dāng)屬應(yīng)力腐蝕破裂，往往在沒有先兆的情況下突然發(fā)生，造成預(yù)測不到的破壞。 a. 全面腐蝕 b. 局部腐蝕 c. 應(yīng)力腐蝕開裂 疲勞破壞 壓力管道的疲勞破壞是管道長期受到反復(fù)加壓和卸壓的交變載荷作用，而導(dǎo)致金屬材料出現(xiàn)的一種破壞形式。金屬在承受大小和方向都隨時間發(fā)生周期性變化的交變載何的作用時，盡管載荷所產(chǎn)生的應(yīng)力不大，而且往往低于材料的屈服極限，但如果長期受這類載荷的作用，也會發(fā)生斷裂破壞。疲勞破壞時一般沒有明顯的塑性變形，從型式上來講與脆性破壞很相似，但其產(chǎn)生原因和發(fā)展過程卻截然不同。金屬承受的交變應(yīng)力愈大，則所能承受的交變次數(shù)愈少；反之，交變應(yīng)力愈小，則至斷裂時所能承受的交變次數(shù)就愈多。當(dāng)金屬所承受的交變應(yīng)力不超過某一數(shù)值時，它可承受無數(shù)次的交變應(yīng)力而不會發(fā)生疲勞斷裂，該應(yīng)力值稱為材料的疲勞極限。疲勞極限與抗拉強度有一定的比例關(guān)系。在拉伸一壓縮對稱的應(yīng)力循環(huán)中，疲勞極限約為抗拉強度的40％，若僅承受拉伸的脈動循環(huán)，則此比例還要高一些。腐蝕疲勞 交變應(yīng)力與化學(xué)介質(zhì)共同作用下引起金屬力學(xué)性能下降、開裂，甚至斷裂的現(xiàn)象稱為腐蝕疲勞。腐蝕疲勞裂紋往往有許多條，但無分支。一般是穿晶裂紋。 在用壓力管道的材料損傷 室溫下材料的組織和性能一般均較穩(wěn)定，不隨使用時間增加而改變。但在高溫下材料的表現(xiàn)與室溫下材料的表現(xiàn)不同，材料會發(fā)生損傷。壓力管道材料損傷是指管道材料在高溫下長期運行所引起的組織和性能發(fā)生變化的現(xiàn)象。通常管道材料發(fā)生的組織和性能變化形式有:珠光體的球化和碳化物聚集；石