压力管道裂纹成因及预防措施

【摘要】管道是用来输送流体物料的一种设备，压力管道的裂纹缺陷是其最为危险的缺陷之一，也是压力管道出现各种事故的主要原因。本文通过对于压力管道产生裂纹的各种原因以及状况等进行分析，并根据其产生原因提出相应的改进措施。以减少和避免压力管道的裂纹产生而出现的各种爆炸和破裂事故。

【关键词】压力管道；裂纹；产生原因；预防措施

中图分类号： TE832 文献标识码： A 文章编号：

压力管道指的是运用压力来输送流体物料的管状设备，压力管道其规定范围为最高压力要等于或者大于0.1表压的蒸汽介质、液化气体、气体或者是有腐蚀性、有毒、易爆、可燃、工作最高温度等于或高于其标准沸点的相关液体介质，并且公称直径大于25mm的一些管道。化工生产过程中，由于生产要连续进行，经常有介质在装置中的输送，而介质有很多都有腐蚀性，从而会使得压力管道局部或者整体壁厚减薄，造成其承载力降低，产生泄露开裂现象，严重的会产生爆炸或者突然破裂等事故。

为了保证压力管道的安全运行，最重要的是防止它在使用过程中发生破坏。 因此，应该了解、掌握各种破坏形式的机理、产生原因、主要特征，以便有效防止压力管道爆炸事故的发生。发生管道破裂的主要原因及预防措施如下：

一、管道设计不合理

1） 管道柔性不足。由于管道尺寸及支架结构、管件与阀门的连接形式不合理或螺纹制式不一致等原因，会使管道柔性不够。此外，如管道设计欠佳，管道的固定方法不当，很容易因设备与机器的振动、气流脉动而引起振动，焊缝出现疲劳裂纹和支架变形，最后导致管道破裂。

2）管道工艺设计有缺点。如氮气与氧气的管道连接在一起，操作中误关闭充氮阀门，致使氧气进入合成水洗系统，形成爆炸性混合物导致整个系统（包括管网）爆炸。

1.2 预防措施。

1）管道设计时，应考虑其在受气候、自然条件的影响时的变形补偿方法。

2）置换或工艺用惰性气体与可然性气体管道应装设两只阀门，中间应加装放空阀，将漏入的氧气放空，防止氧气窜入氮气管道。喷嘴氧气进口管道的氮气置换，可采用中压蒸汽置换吹扫，以免氧气与氮气管道相连通。

二、材料缺陷、误用代材

1）、在进行压力管道制作加工过程中，由于其金属材料自身夹渣、缩孔、疏松等缺陷，经过机加工、卷制、冲压、轧制会产生一些线型裂纹。产生的裂纹有的在表面，有的在内部，由于在使用之前只能够对于管道材料抽样检查，所以这样的裂纹在采购的时候要根据国家的工况条件和行业标准，认真检查其材质证明、合格证、生产许可证等是否符合设计要求，对于强腐蚀性、有毒介质进行输送的时候，应该对其进行强腐蚀性、机械性能、化学分析等进行检验。

2） 选用代材不符合要求或误用。如误用碳钢钢管代替原设计的合金钢管，将使整个管道或局部管材的机械强度和冲击韧性大为降低，从而导致管道运行中发生断裂爆炸事故。

3） 焊接质量低劣，管道的焊接缺陷主要指焊缝裂纹、错位、烧穿、未焊透、焊瘤和咬边等。

三、压力管道的焊接裂纹

焊接裂纹是在其补焊或阻焊的时候产生的，经常出现在焊缝热的影响区以及具有较强的残余应力的角焊缝缺陷部位、十字焊缝以及焊缝附近，按照其机理产生氛围冷裂纹和热裂纹两种。

1、热裂纹

热裂纹的产生是在高温状况下，而且均是沿着其自身的奥氏体晶界产生开裂。其热裂纹有多边化裂纹、高温液化裂纹以及结晶裂纹三种。在日常的实际生产中，最为普遍的就是结晶裂纹，其产生的必要因素就是在进行结晶焊缝时承受其拉伸应力，在进行焊接时在热源作用下，焊缝区不断升温，金属由此受热膨胀，而焊缝四周冷金属又对于膨胀进行阻碍，使得焊缝的受热区不断承受压缩应力而向前移动，焊缝某点温度开始降低，其金属体积产生收缩，其四周金属一定会进行阻止，焊缝区便产生拉伸应力，会使得焊缝有可能产生结晶裂纹。

结晶裂纹进行预防的措施：

1）对于焊缝有害杂质进行合理控制。加强对于不锈钢、低合金钢、焊接低碳钢，P, S是最有害的两种杂质，其形成的相关低熔点共晶，使得其焊缝出现裂纹。

2）改变其接头形式。不同的接头形式其产生的刚度、结晶特点、散热条件等也不一样，在进行接头的时候要尽可能的避免其应力集中，减少其焊缝周围的刚度。例如图a, b所示这样形式的接头其抗裂性相对较好，图c的接头形式其产生的抗裂性比较差。

图1 焊缝接头方式示意图

2、冷裂纹

当管道焊接的接头渐渐冷却至比较低的温度时，由于其在氢、淬硬组织、拘束应力的影响而产生裂纹，在冷裂纹中延迟裂纹是最为普遍的形态。其主要特点是在焊后会在一段时间之后才会产生裂纹。其扩展和生成要取决于材料焊缝金属内的氢含量、接头的应力状态以及材料内的淬硬倾向的互相作用。延迟裂纹形态具有根部裂纹，焊道下裂纹、焊趾裂纹三种。

延迟裂纹的产生的预防措施有：

（1)、选择低氢焊接工艺或者低氢焊接材料。

（2)、进行焊接的焊剂、焊条要放在通风、干燥的环境内。在进行焊接之前普通的那些低氢焊条要放在3500C环境内，超低氢焊条需要在400到450 0C的环境内，进行两个小时的烘干，并且要在保温箱内进行存放。

（3)、在进行管道焊接时，要防止其穿堂风，要尽量一次性完成焊缝，对那些容易产生焊接之后裂纹延迟产生的材料要在焊接之后再进行处理。

3热处理裂纹

3.1产生机理

再热裂纹是在进行焊后热处理时形成的晶间裂纹，其为分支状呈现，在焊接热影响区的一些粗晶粒地方容易出现，其产生与内应力大小、加热温度、材料化学成分等有关。主要与其材料有关，含Mo,V成分比较高的焊接材料容易发生这些现象。

3.2预防措施

（1)、选用比母材强度稍微低一些的焊接材料。

（2)、在进行材料选择时要对其机械性是否符合设计规定进行检查，并且对管子

要进行200-3000C的均匀加热或者进行热处理，并进行缓冷保温。

（3)、焊缝表面余高、未焊缝、焊缝咬边等都会使得热影响区形成应力集中，因此

要对其进行避免，加强对于以上状况的重视。

4应力裂纹

4.1产生机理

由于压力管道其自身的布置结构不够合理或者其材料自身存在一些缺陷，使得其温度产生波动，长时间压力、局部应力过高等，在不断的停开车等载荷交变过程中产生了应力裂纹。在一般状况下其承受载荷有压力载荷、重力载荷、压力脉冲载荷、地震载荷、风载荷、机器振动载荷、位移载荷。当以上管道载荷以及其局部的实际应力集中到其应力最高值的时候，就会产生管道疲劳破坏和管道催性断裂等。

4.2预防措施

(1)、减少其温差应力，尽量避免设备在系统中的频繁启动。

(2)、管道布置要进行合理安排，减少和避免应力集中，减少各个管道之间的约束或者互不约束。

(3)、在进行管道布置的时候要进行其管道柔性增加的考虑，采用一些管道补偿器，通过采用弹簧支吊架来进行管道柔性的增加。

结束语

目前，我国压力管道相比压力容器的监管工作存在较多不规范，在使用过程中，压力管道会因为各种原因例如其焊接材料、焊接温度、材料杂质含量、接头形式等原因而使得压力管道可能出现裂纹，，通过对于压力管道产生裂纹的各种原因以及状况等进行分析和了解，

并根据其产生原因提出相应的改进措施。以减少和避免压力管道的裂纹产生而出现的各种爆炸和破裂事故。以确保优良的压力管道质量。提高经济效益和社会效益，避免财产损失，保障人身安全。

参考文献

[1]金仁良，周昌玉，王波，彭剑内压作用下含双外凹坑缺陷压力管道的评定方法研究田压 力容器,2012,(01)

[2]冯婷婷，罗飞路，何赞泽基于Ansys仿真的双频涡流管道裂纹检测中千扰信号的别除田无损检测,2009, ( 03 )

[3]邵俊甫，张强压力管道裂纹产生原因分析及预防措施[Il石油和化工设备，2011,(05)