1. 压力管道安全事故
压力管道事故中:设计占11%,安装施工质量问题占:18%(其中焊接质量问题占88.6%),管道元件(包括管子、管件、阀门等)制造质量问题占27.3%,安全管理问题占32%(其中因管理人员缺乏专业知识而造成的事故占比例约为40%),腐蚀问题占10.6%。
从广义上理解,压力管道是指所有承受内压或外压的管道,无论其管内介质如何。压力管道是管道中的一部分,管道是用以输送、分配、混合、分离、排放、计量、控制和制止流体流动的,由管子、管件、法兰、螺栓连接、垫片、阀门、其他组成件或受压部件和支承件组成的装配总成。
管道特点:
1、压力管道是一个系统,相互关联相互影响,牵一发而动全身。
2、压力管道长径比很大,极易失稳,受力情况比压力容器更复杂。压力管道内流体流动状态复杂,缓冲余地小,工作条件变化频率比压力容器高(如高温、高压、低温、低压、位移变形、风、雪、地震等都有可能影响压力管道受力情况)。
3、管道组成件和管道支承件的种类繁多,各种材料各有特点和具体技术要求,材料选用复杂。
4、管道上的可能泄漏点多于压力容器,仅一个阀门通常就有五处。
5、压力管道种类多,数量大,设计,制造,安装,检验,应用管理环节多,与压力容器大不相同。
压力级别划分标准:
低压管道0≤P≤1.6MPa
中压管道1.6<P≤10MPa
高压管道10<P≤100MPa
超高压管道P>100MPa
管道级别:
长输管道为GA类,级别划分为:
1.1符合下列条件之一的长输管道为GA1级:
a)输送有毒、可燃、易爆气体介质,设计压力P>1.6MPa的管道;
b)输送有毒、可燃、易爆液体介质,输送距离(注1)≥200Km且管道公
称直径DN≥300mm的管道;
c)输送浆体介质,输送距离≥50Km且管道公称直径DN≥150mm的管道。
1.2符合下列条件之一的长输管道为GA2级:
a)输送有毒、可燃、易爆气体介质,设计压力P≤1.6Mpa的管道;
b)GA1b)范围以外的长输管道;
c)GA1c)范围以外的长输管道。
公用管道为GB类,级别划分为:
GB1、燃气管道;
GB2、热力管道。
工业管道为GC类;级别划分为:
6.3.1符合下列条件之一的工业管道为GC1级:
a)输送GB5044《职业性接触毒物危害程度分级》中,毒性程度为极度危害介质的管道;
b)输送GB50160《石油化工企业设计防火规范》及GBJ16《建筑设计防火规范》中规定的火灾危险性为甲、乙类可燃气体或甲类可燃液体介质且设计压力P≥4.0MPa的管道;
c)输送可燃流体介质、有毒流体介质,设计压力P≥4.0MPa且设计温度大于等于400℃的管道;
d)输送流体介质且设计压力P≥10.0MPa的管道。
3.2符合下列条件之一的工业管道为GC2级:
a)输送GB50160《石油化工企业设计防火规范》及GBJ16《建筑设计防火规范》中规定的火灾危险性为甲、乙类可燃气体或甲类可燃液体介质且设计压力
P<4.0MPa的管道;
b)输送可燃流体介质、有毒流体介质,设计压力P<4.0MPa且设计温度≥400℃的管道;
c)输送非可燃流体介质、无毒流体介质,设计压力P<10.0MPa且设计温度≥400℃的管道;
d)输送流体介质,设计压力P<10.0Mpa且设计温度<400℃的管道;
注1:输送距离指产地、储存库、用户间的用于输送商品介质管道的直接距离。
事故原因
1、设计问题:设计无资质,特别是中小厂的技术改造项目设计往往自行设计,设计方案未经有关部门备案。
2、焊缝缺陷:无证焊工施焊;焊接不开坡口,焊缝未焊透,焊缝严重错边或其它超标缺陷造成焊缝强度低下;焊后未进行检验和无损检测查出超标焊接缺陷。
3、材料缺陷:材料选择或改代错误;材料质量差,有重皮等缺陷。
4、阀体和法兰缺陷:阀门失效、磨损,阀体、法兰材质不合要求,阀门公称压力、适用范围选择不对。
5、安全距离不足:压力管道与其它设施距离不合规范,压力管道与生活设施安全距离不足。
6、安全意识和安全知识缺乏:思想上对压力管道安全意识淡薄,对压力管道有关介质(如液化石油气)安全知识贫乏。
7、违章操作:无安全操作制度或有制度不严格执行。
8、腐蚀:压力管道超期服役造成腐蚀,未进行在用检验评定安全状况。
2. 闸阀内漏原因及处理
阀门是锅炉系统中不可缺少的流体控制的设备,在锅炉事故中,有相当部分是由阀门所引发的故障,本文介绍阀门内漏产生的原因,并对处理问题的方法进行探讨,提出可行性方案阀门是锅炉系统中不可缺少的流体控制的设备,在锅炉事故中,有相当部分是由阀门所引发的故障,阀门内漏,导致产生汽水损失,锅炉补给水量就要增加,相对所消耗的煤量也要增多,同时阀门内漏腐蚀将使阀门寿命降低,损坏过快,影响公司的经济效益,所以介绍阀门内漏产生的原因,并对处理问题的方法进行分析,提出可行性方案,对锅炉设备生产和使用单位具有一定的参考价值。
随着锅炉设备逐步向高参数大容量的方面发展,对锅炉设备本身也提出了新的要求。随着蒸汽参数的提高(主要指蒸汽的压力和温度)和蒸发量的增大,近代锅炉已较多地使用高温高压阀门,这就对阀门的要求越来越高。
锅炉阀门在运行中要经受各种恶劣环境如温度、压力、磨损和腐蚀等的影响,这些恶劣环境对锅炉阀门部件可造成轻微损伤,严重时会产生严重的漏泄。
一、阀门漏泄所产生的危害及机组运行的影响1阀门漏泄率增大>3
漏泄阀门增多,阀门漏泄率增大,泄流量也增大,在无形中导致汽水的损失,影响机组的运行。
2机组补给水率增大
阀门漏泄导致水的流失,使机组不能正常经济运行,需要对锅炉进行补水,导致机组的补给水率增大。
3汽水损失增加
阀门漏泄也导致机组内汽水流失,阀门漏泄个数越多,汽水损失越大。
4煤耗增大
阀门漏泄也导致机组内汽水损失,需要对炉内进行大量补水,产生高温高压的过热蒸汽,需要对水进行大量加热,如此循环,需要消耗大量的燃煤,使发电厂的煤耗增大。
二、阀门在运行中常见的故障及消除方法1阀门阀体漏
消除方法:对漏处有4%硝酸容液侵蚀,便可显示出全部裂纹,然后用砂轮磨光或铲去有裂纹和砂眼的金属层,进行补焊即可。
2阀盖的结合面漏
消除方法:铲除旧垫片更换,结合面擦伤补焊后研磨。3阀瓣与阀座密封面漏
消除方法:对阀座与阀瓣进行研磨,粗糙度达到04。4阀瓣腐蚀损坏
消除方法:精车后研磨,腐蚀深度达05mm可更换。5阀瓣、阀座有裂纹消除方法:更换新的阀门。6阀瓣和阀壳间泄漏
消除方法:找好阀瓣与阀壳间的间隙,盘根或更换。7填料盒泄漏
消除方法:紧固盘根或更换新盘根,检查填料室的粗糙度。
综上所述,发生汽水损失的最大原因就是阀门内漏(阀瓣、阀座密封面的损坏)。阀门内漏,导致产生汽水损失,锅炉补给水量就要增加,相对所消耗的煤量也要增多,同时阀门内漏腐蚀将使阀门寿命降低,损坏过快,影响公司的经济效益。
综上所述,总结如下,见图1。
(1)在研磨阀门中,由于手工研磨阀门,研磨速度补均匀,用力不当,可导致阀座密封面受力不均,力量大时研磨砂粒可损坏密封面,力量小时,起不到研磨作用。
(2)手工研磨阀门,研磨杆上无定位导向垫圈,使研磨杆转动中东扭西歪,研磨容易导致把阀座密封面锥面研歪,组装阀门后使阀杆上的密封面与阀座的密封面中心对不上,密封面关闭不严密。
(3)由于工作人员没有责任心或专业技术水准不够,对阀门的使用范围不清楚,错用不符合要求的阀瓣、阀杆、阀座(如高温高压阀门采用合金材质、中温高压阀门采用碳钢),高温可导致阀瓣强度降低,疲劳度增加、腐蚀,使用寿命降低,阀瓣、阀座抗冲蚀磨损不够,容易发生内漏。
(4)由于检修的作业标准不够,使管路中存有遗留物,如焊渣、焊条头、锯条、铁渣、金属垫片残损部分及由于水质不良,使管道结垢后脱落的腐蚀物,在阀门开关使用
当中,碰巧夹在阀瓣、阀座密封面当中,容易产生硬伤、划痕、坑点,导致阀门内漏。
(5)有些阀门由于开关频
繁(如定期排污阀门),在高压力下冲刷阀门密封面,导致阀门密封面损坏,产生沟痕操作,发生阀门内漏现象。
(6)在运行中操作人员由于对阀门的使用及阀门的结构不明导致对阀门的开关行程不明,在使用中常容易使阀门关闭不到位,漏流长期冲刷容易使阀门产生内漏。
在运行中操作人员由于用力关门,常容易使阀瓣与阀座相互挤压,导致密封面产生硬伤,在阀门再次开关中,密封面位置对不上,使阀门发生内漏的现象。
对于出现的这些问题,笔者分析的主要原因如下;(1)检修研磨阀门时,由于研磨杆的定位垫圈与阀座本体配合间隙过大,导致有研磨误差。这就需要我们把这个配合间隙控制在1~2mm内,制作一个安装调整套,已达到固定的效果
3. 加气站燃气管道发生泄露!有哪些抢救措施
天然气管线、阀门发生泄漏事故
现场处置预案
因意外情况发生天然气管线接头崩裂,截气阀门,控制元件损坏,造成天然气泄漏事故时,当班加气工立即采取以下处置措施。
一、CNG加气站或停站转运车天然气管线或阀门元件发生泄漏一般事故的处置措施
(一)当班加气工两人在岗时采取以下处置措施
1、A位加气工
(1)按下ESD紧急关断阀,关断售气机阀门。
(2)阻止在场车辆发动车辆,通知司售人员迅速离车,撤到安全地方。
(3)配合B位共同查找泄漏点具体位置,取出灭火器置放在泄漏点周围,在泄漏点周围进行看护,阻止一切火源接近泄漏点。
(4)取出警戒线,在现场周围围拦警戒线,进行看护现场。
2、B位加气工
(1)按下ESD紧急关断阀,关断售气机阀门。
(2)关断转运车主阀门,关断电源总开关。
(3)发生人员受伤时,要立即把伤员转移到安全地带。
(4)迅速查清泄漏点具体位置。取出灭火器进行现场保护。
(5)现场稳定后,立即按一般及较大事故信息传递程序进行上报。报告内容:事故发生的时间、CNG加气站名称、泄漏原因及部位、现场状态、人员伤亡情况、危害程度、可能发展趋势、已采取的措施。并等候在电话机旁,保持信息的联系。
(6)人员受伤严重时,拨打“120”请求救援,讲清时间、地点、人员受伤情况、单位名称。
(7)现场稳定后,按《公交加气车辆分流预案》通知等待加气的车辆分流加气。
(二)当班加气工一人在岗时采取的措施
1、按下ESD紧急关断阀,关断售气机阀门。
2、阻止在场车辆发动车辆,通知司售人员迅速离车,撤到安全地方。
3、关断转运车主阀门,关断电源总开关。
4、发生人员受伤时,要立即把伤员转移到安全地带。
5、迅速查清泄漏点具体位置。取出灭火器置放在泄漏点周围,在泄漏点周围进行看护,阻止一切火源接近泄漏点。
6、取出警戒线,在现场周围围拦警戒线。请求属地保安协助看护现场。
7、现场稳定后,立即按一般及较大事故信息传递程序进行上报。报告内容:CNG加气站名称、事故发生的时间、泄漏原因及部位、已采取的措施、现场状况、事态发展趋势、有无人员伤亡。
(三)抢险救援小组到达现场后,按预案的“现场救援的处置”进行。
抢险救援小组人员到达现场后,事故现场加气工汇报事故发生经过,采取的措施及损失情况。
二、CNG加气站或停站转运车天然气管线或阀门发生较大泄漏事故的处置预案
(一)当班加气工两人在岗时采取以下措施
1、A岗加气工
(1)按下ESD紧急关断阀,关断售气机阀门。通知现场司售人员迅速离开现场,禁止车辆启动。
(2)迅速查明天然气泄漏原因、位置,配合加气工B戴上防毒面具,关断泄漏点上游阀门。
(3)如天然气泄漏无法控制时,即拨打“119”和“110”报警。报警时讲清发生事故时间、地点、某某CNG加气站、原因。
(4)按《一般和较大事故信息传送程序》进行上报。报告内容:天然气泄漏时间、CNG加气站名称、原因、位置、已采取的措施及现场状况。
(5)现场稳定后,按《公交加气车辆分流预案》通知等待加气的车辆分流加气。
2、B岗加气工
(1)按下ESD紧急关断阀,关断售气机阀门。
(2)关断电源总开关,戴上防毒面具、手套和安全帽,与A岗加气工迅速查明天然气泄漏原因,采取有效措施,阻止天然气的继续泄漏。
转运车阀门、管线漏气时,关断转运车所有小阀门和大阀门;
地瓶组阀门、管线漏气时,关断地瓶组全部进气阀门;
洗涤罐阀门、管线漏气时,关断转运车主阀门。
(3)要低姿式进入天然气泄漏区,关断泄漏点上游阀门。A岗加气工握住防毒面具气管,保持低姿式,接近泄漏区,配合B岗加气工关断阀门,阻止天然气继续泄漏。
(4)控制住气源泄漏后,取出警戒线,在现场周围围拦警戒线,进行现场保护,禁止明火接近天然气泄漏区。
(一)当班加气工一人在岗时采取以下措施
1、按下ESD紧急关断阀,关断售气机阀门。通知现场司售人员迅速离开现场,禁止车辆启动。
2、到配电室关断电源总开关,迅速查明泄漏原因,采取有效措施阻止天然气的继续泄漏。
转运车阀门、管线漏气时,关断转运车所有小阀门和大阀门;
地瓶组阀门、管线漏气时,关断地瓶组全部进气阀门;
洗涤罐阀门、管线漏气时,关断转运车主阀门。
3、戴上防毒面具、手套和安全帽,到泄漏现场,装气管放在离泄漏点5米以外的地上,拖着气管低姿式接近泄漏点,关断阀门。
4、如天然气泄漏无法控制时,即拨打“119”和“110”报警。报警时讲清发生事故时间、地点、某某CNG加气站、原因。
5、控制住气源泄漏后,取出警戒线,在现场周围围拦警戒线,进行现场保护,禁止明火接近天然气泄漏区。
6、按《一般及较大事故信息传送程序》进行上报。报告内容:天然气泄漏时间、CNG加气站名称、原因、位置、已采取的措施及现场状况。
7、事态稳定后,按《公交加气车辆分流预案》通知等待加气的车辆分流加气。
4. 压力管道常见事故与处理方法有哪些
压力管道常见事故分析
与压力容器一样,压力管道的破坏性事故可能会引起灾难性的后果。压力管道的事故管理,就是通过对破坏性事故进行认真的调查分析,找出确切的事故原因,其目的就是要逐步摸清并掌握压力管道安全运行的规律和科学管理的方法,从事故中寻找管道设计、材料、制造、安装、运行和检验等各方面的经验教训,以期提高压力管道的综合管理水平。管道的事故原因往往是多方面的,常常是多种不安全隐患和因素交叉在一起,促成了事故的发生。对事故的技术分析就是要找出这些不安全因素和它们之间的影响和关系,从不同的角度提出预防事故的措施。随着压力管道安全管理工作力度的不断加强,对压力管道的设计、制造及安装等环节的监察强度加大,压力管道的役前检验、使用管理和定期检验等一些措施逐步得到落实,压力管道的安全可靠性将会不断提高。
(1)压力管道常见事故。
①爆管事故。压力管道试压或运行过程中由于种种原因造成穿孔、破裂致使系统被迫停止运行的事故被称为爆管事故。当管道发生爆管时,管内压力瞬间突降,释放大量的能量和冲击波,危及人身安全和周围环境。爆管事故在长输压力管线直接式加热炉炉管发生的可能性较大,由于加热炉承受高温高压,炉管直接接触火焰,各种介质对金属产生化学或电化学腐蚀,在管道工况发生变化时,极易发生介质泄漏着火爆炸事故。热泵站操作流程或设备时,如果开错阀门或程序不对,可能造成管道憋压,压力超过管材的屈服极限时就会发生爆管事故。对于停输管道,如果未按规定泄压,在高温天气下,极有可能造成压力管道薄弱处撕裂爆管。发生爆管事故后,要立即改换流程,必要时管道停输处理。
②凝管事故。对于输送特定介质如原油的压力管道,可能发生凝管事故。根据原油流变学原理,含蜡原油在凝点以上(3℃)左右时开始出现屈服值[含蜡原油屈服值是用于计算停输管线再启动压力的重要流变参数。根据原油流变学原理,含蜡原油在凝点以上(3℃)时开始出现屈服值,随着温度降低,屈服值随之增大,当温度进一步降低,原油中蜡逐渐从原油中析出,并呈固体颗粒悬浮于液态原油中,此时原油表现出假塑性、触变性等非牛顿性质)],随着温度降低,屈服值随之增大,当温度进一步降低,原油中蜡逐渐从原油中析出,并呈固体颗粒悬浮于液态原油中,此时原油表现出假塑性、触变性等非牛顿性质,当蜡晶增多形成结构力强的三维网络结构,原油输量逐渐变小,压力增大,如果不及时采取有力措施,最终原油整体将失去流动性,发生凝管事故。
一旦发现管道压力和流量出现异常,应立即开泵顶油,提高各站温度。如果压力超过管道的允许强度,还应考虑采取分段挤压、在低温段开口加注热柴油等措施。
③泄漏事故。压力管道由于各种原因造成的介质泄漏统称为泄漏事故。长输压力管道发生泄漏时,应及时降压、切换流程,根据泄漏情况采取合适的方法进行维修补漏。补漏方法有焊接法、管卡堵漏法、丝堵堵漏、换管、加套管、密封剂堵漏等。
④裂纹事故。压力管道在运行中遭受到疲劳、应力腐蚀、氢腐蚀、动载荷等作用时,在经过一段时间后,会萌生微裂纹,微裂纹进一步扩展为宏裂纹。裂纹是压力管道最危险的一种缺陷,裂纹扩展很快,如不采取有力措施就会发生爆管。
产生裂纹后,可以采取挖补、换管等措施,挖补增大了应力集中区域,通常采取局部换管方式比较安全。
(2)压力管道事故的分析。当压力管道发生事故后,使用单位除应迅速采取措施进行处理外,还应注意严格保护事故现场,及时收集有关信息和资料,如现场录制的图像、损坏件的断口状况、原始操作记录以及事故调查报告等,以对事故分析提供客观、科学的依据。对事故原因进行分析时,应采取测量宏观变形量;检验材料的化学成分和力学性能;进行断口的宏观分析和显微分析等技术手段。然后依据有关资料和技术检验结果进行事故综合分析,包括破坏程度,爆炸性质和破坏形式,最后找出事故原因,以吸取教训,防患于未然。
压力管道的事故处理
原劳动部1997年第8号部令颁发了《锅炉压力容器压力管道设备事故处理规定》,对锅炉压力容器压力管道设备发生事故的报告、调查、处理与结案作出了明确规定。
压力管道和锅炉压力容器一样,按其损坏及损失的程度,可分为三类,爆炸事故、严重损坏事故和一般损坏事故。凡爆炸事故造成死亡超过10人或受伤(包括急性中毒)超过50人的,由国家质量技术监督局组织调查并负责结案工作;爆炸事故死亡10人以下或受伤(包括急性中毒)50人以下,以及有关人员伤亡的严重损坏事故,由省级质量技术监督行政部门组织调查并负责结案工作;无人员伤亡(包括急性中毒)的严重损坏事故及有人员伤亡的一般损坏事故,由地、市级质量技术监督行政部门组织调查并负责结案工作。相关的压力管道事故报告制度如下。
(1)发生特别重大事故、特大事故、重大事故和严重事故后须立即报告主管部门和质量技术监督行政部门。发生特别重大事故或特大事故后还须直接报告国家质量技术监督局。
(2)事故报告应当包括以下内容。
①事故发生单位(或者业主)名称、联系人、联系电话;
②事故发生地点、时间(年、月、日、时、分);
③事故设备名称;
④事故类别以及事故概况;
⑤人员伤亡、经济损失。
(3)事故发生部门及有关人员,必须实事求是地向事故调查组提供有关设备及事故的情况,如实回答事故调查组的询问,并对所提供情况的真实性负责。
(4)按有关规定及时如实向主管部门和质量技术监督行政部门报告压力管道事故,并协助做好事故调查和善后处理工作;
(5)对事故发生单位,要落实事故“三不放过”的原则,即事故原因未弄清不放过、责任人未受到教育不放过、防范措施不落实不放过,并追究相关事故责任,建立事故登记台账及完整的事故档案,以防止事故的再次发生。
5. 压力管道常见故障类型与原因有哪些
压力管道在设计、制造、安装、运行、检验、维修等各个环节中,由于各种原因使得压力管道发生故障,轻则导致压力管道发生“失效”现象,使其不能发挥原有效能;重则发生事故,对企业和个人的生命财产安全带来严重影响。因此为了保证压力管道的安全运营,必须了解压力管道的常见故障形式,对其进行经常性的安全监测。本部分仅介绍压力管道主要组成部分的常见故障形式及其成因,关于压力管道因故障而引起的泄漏、爆管等事故将在下一节中加以详细论述。
管子与管件的故障形式与成因
作为压力管道的主要组成件,管子与管件对压力管道的安全运行非常关键。它们的主要故障形式包括变形、位移、振动、管壁严重减薄、裂纹以及焊接缺陷等,这些故障将使得管道受损,严重时将引发泄漏、爆管、断裂等各种事故,因此必须对管子与管件的故障进行有效检查与监控。
(1)管子与管件的故障形式。
①变形。压力管道在安装、施工及长期使用过程中,由于外力、地质灾害等原因而使得管道发生挠曲、下沉,或者使得管道与管道、管道与相邻设备之间相互碰撞摩擦,而导致管子发生塌陷、鼓胀等异常变形情况,严重时可以影响管道的正常安全运行。管子及管件的严重变形可以通过宏观检查发现,也可通过管道变形检测器等设备进行检测。
②位移。这里所说的位移是指可能对管道安全产生不利影响的较大位移。管道发生较大位移时,可能会影响到相邻管道,或受相邻建筑构件的影响而导致管道热位移受阻,或对敏感设备产生较大的附加外力,等等。例如管架上的管道因发生较大的横向位移而影响到相邻管道;管架上的管道发生较大的轴向位移而导致管托滑落横梁;临近梁柱的管子,因较大的横向位移受到梁柱的阻碍而导致管子热位移受阻,或导致热膨胀转移到另一端的支架或设备上;与敏感设备相连的管道,因较大的位移而引起管子对设备的管道附加应力超标,从而引起相应设备不能正常工作或损坏。
③机械振动。所谓的机械振动,是指物体在其平衡(或平均)位置附近来回往复的运动。在石油化工装置中,除往复式压缩机和往复泵的进出口管道存在机械振动外,还时常碰到下列一些管道的机械振动,即两相流介质呈柱塞流时引起的管道振动;因介质水锤效应引起的管道振动;介质因发生涡流而激发的管道振动;离心机械因动平衡不好引起的管道振动;风载荷引起的管道振动;地震载荷引起的管道振动;等等。这些管道振动有一个共同特点,即它们都不是正常操作工况下必然出现的机械振动,而是由于设计不当,或者操作不当,或者因自然因素而引起的机械振动,这些振动在工程上都是有害的,可能影响到管道和相关机器的正常运行,严重时会造成介质泄漏,甚至导致管道的疲劳破坏,造成火灾等重大事故。必须采取相应的措施以避免可能因振动而带来的破坏。
④管壁严重减薄。压力管道内部介质的长期、高速流动将会使管子与管件的内壁减薄或者使密封副遭受破坏,影响其耐压强度和密封性能。同时,如果管道的防腐层遭受破坏,那么易发生因介质的全面作用引发的均匀腐蚀,从而使管道壁厚随使用时间的延长而不断地减薄,此外,还可能因防腐层的局部破坏而导致管道局部腐蚀的发生,这将加剧管子的腐蚀速率,严重影响管道的使用寿命。当管道壁厚减薄到一定值时,会使管道难以承受所负的载荷,即管道会因强度不够而发生破坏。
⑤裂纹。压力管道在运行中遭受疲劳、应力腐蚀、氢腐蚀、动载荷等作用时,经过一段时间后,会萌生微裂纹,微裂纹进而扩展为宏观裂纹。裂纹是压力管道的严重缺陷之一。一旦裂纹快速扩展,如不采取有力措施就可能发生爆管事故,进而引起一系列的严重后果。产生裂纹的主要原因包括如下几种情况,一是管道在轧制、焊接残余应力产生的裂纹;二是管道在使用中因疲劳、腐蚀、振动产生的裂纹;三是管道压力、温度频繁波动而导致的裂纹。在役压力管道出现裂纹后,一般不必立即判废,通常可以对裂纹的扩展及其最终断裂条件进行评价,从而计算出其剩余寿命。在剩余寿命内,管道是安全的。
⑥焊接缺陷。管子及管件焊缝外观质量超标,主要表现在焊缝金属超高、未焊透、咬边、焊瘤、母材上有飞溅物(尤其是合金母材)等。焊缝的这些缺陷都会影响到焊接接头的性能,进而危及管道的安全性。
(2)管子与管件的故障成因。压力管道的管子与管件等部件发生故障的原因有很多,将其进行分析归纳,可以划分为以下几类:
①机械损伤。机械损伤主要包括蠕变、疲劳与外来损伤三种形式。如第五章所述,蠕变就是金属材料长期在高温和应力的长期作用下发生的缓慢塑性变形现象。金属材料在蠕变过程中,晶界处会逐渐形成圆形或楔形空洞,并因空洞的长大和相互连接而形成沿晶的蠕变微裂纹,宏观上则显示出金属材料的过渡变形。由于压力温度异常脉动等因素的影响,而导致管壁应力值的增加或材料力学性能的下降,成为蠕变破坏的源头。在高温和应力的作用下,金属材料发生蠕变是绝对的。但蠕变对管子的破坏是一个缓慢而长期的过程,在管道的预期使用寿命后期其破坏作用才会逐渐显现出来。
如果管道长期承受大小和方向都随时间而发生周期变化的交变载荷,将形成疲劳裂纹核心,逐渐扩展最后导致管道发生断裂等事故。管子产生交变载荷主要有以下几种原因:一是间断输送介质而对管道反复加压和卸压、升温和降温;二是运行中压力波动较大;三是运行中温度发生周期性变化,使管壁产生反复性温度应力变化;四是因其他设备、支承的交变外力和受迫振动。在反复交变载荷的作用下,管子几何结构不连续的部位和焊缝附近存在应力集中,有可能达到和超过材料的屈服极限。这些应力如果交变地加载和卸载,将使受力最大的晶粒产生塑性变形并逐渐发展为微裂纹。随着应力周期变化,微裂纹也会逐步扩展,最后导致破坏。
外来损伤也会给管子与管件带来严重影响,如地震、大风、洪水、雷击等自然灾害将导致管道的机械损伤,而人为的机械损伤,如管钳的压痕等将可能加剧管道发生腐蚀等损伤,而人为的破坏则更是促使管道发生泄漏、爆管等严重事故的原因之一。
②腐蚀。压力容器可能因腐蚀而发生破坏,而腐蚀也是使管道发生破坏的重要原因之一。管道的腐蚀是指管子在内部介质、外部环境以及应力的作用下,发生化学或电化学反应,使管子产生退化或失效的现象。有时不合理的操作会导致介质浓度的变化,加剧腐蚀破坏。不断的腐蚀将会使管子壁厚严重减薄,甚至发生破裂。根据压力管道腐蚀发生的部位,可以分为外腐蚀与内腐蚀。根据腐蚀的危害程度,还将管道腐蚀分为全面腐蚀(均匀腐蚀)、局部腐蚀(孔蚀)、应力腐蚀等几种情况。其中应力腐蚀往往在没有先兆的情况下突然发生,因此其危害性更大。
应力腐蚀裂纹及断裂是管道在拉应力和腐蚀性介质共同作用下发生的破坏,它既可发生于生产过程中,也可能发生于使用之前,甚至出现在管材加工成型期间,这是管道腐蚀的主要原因之一。应力腐蚀裂纹多发生于管道的纵焊缝、环焊缝等处,常伴有严重的孔蚀及其他一般性腐蚀。产生应力腐蚀除介质的因素外,应力集中的存在则是主要的原因。应力包括直管或弯管在制造时因矫直加工硬化和弯制过程中产生的残余应力、安装不良引起的结构应力、焊接过程中因热分布不均匀而产生的焊缝应力。大量统计表明,加工和焊缝残余应力引起的事故占管道应力腐蚀事故总数的80%以上。从实际运行看,细管易发生应力腐蚀破坏,而粗管反而不易破裂,这可能是因为细管变形后产生的残余应力一般比相同情况下的粗管要大的缘故。
③设计与材料选择不合理。压力管道的设计不合理,在制造、施工过程中存在的缺陷,如管道柔性不符合要求,材料选用不当或含有原始缺陷,焊接不当或冶金超标等,都可能引起材料性能恶化、损伤或破裂,在管道的某些局部可能产生很大的应力,将可能导致管子发生低应力脆断,最终促使压力管道失效,引发严重事故。
④操作和维修失误。压力管道违反操作规程运行,将致使其实际工况条件恶化,包括超压、超温、腐蚀性介质超标、压力温度异常脉动等;低的操作温度则会引起材料的韧性下降,允许的临界裂纹尺寸减小,从而有可能导致管道脆性破坏,超温超压还会导致管道接头泄漏。管道上的严重缺陷或损伤未能被检测发现,或缺少科学评价,以及不合理的维修工艺造成新的缺陷和损伤等,都将可能促使压力管道发生故障,导致事故的发生。
以上四种原因可能单独作用,也可能共同发生作用,从而使得管道发生故障。此外,还可能有一些目前尚无法查明的未知原因,将使得管子与管件发生故障,这在实际工程特别需要注意防范。
法兰与阀门的故障形式与成因
法兰与阀门是压力管道的重要组成件,其完好程度对于压力管道的安全运行也具有十分重要的意义。
对法兰来说,其故障形式主要为:在高温下的应力松弛,使法兰偏口、法兰面发生异常翘曲或变形;连接螺栓等紧固件不齐全,或者紧固件发生松动或腐蚀现象,都可能导致法兰失效,管道发生泄漏。
(1)对于阀门来说,故障之一为阀门不通。原因主要包括:控制通道被杂物堵塞(通道细小,容易堵塞);活塞因锈渍卡在最高位置,虽上部受力,但不能向下移动,打不开主通道。
(2)故障之二为阀门直通,不起减压作用。原因有:活塞在某一位置(不是最高位置)卡住;主阀阀柄在导向孔某一位置(不是密合位置)卡住;主阀阀瓣下部弹簧断裂或失效;脉冲阀阀柄在阀座孔内某一位置(不是密合位置)卡住,使之总是受压;主阀瓣与主阀座两密封面之间,有污物卡住或有刻痕;膜片因疲劳或损坏而失灵。
(3)故障之三为阀后压力不能调节。其原因除了上述因素之外,还可能包括:调节弹簧失灵;帽盖接缝泄漏,不能保持压力。
除了以上三种故障,还有一种现象,就是阀后压力脉冲波动,极不稳定。这是输入介质与输出介质差量太大之故,应重新选择阀径相当的阀门。还有一个造成阀后压力不稳的原因是,调节弹簧选择不当。
支吊架的故障形式与成因
支吊架是压力管道的主要支撑设备,其主要故障如下所述。
(1)弹簧支吊架的工作高度与设计值不符。即管道的实际位移与理论计算位移有差异。这可能是因为管道周围存在阻碍管道自由热膨胀的情况;或者管道设计时发生计算错误;
(2)承重支架脱空。这种情况经常出现在泵的进出口管道段、沿塔敷设管道的水平段等位置。当生产过程中温升发生变化时,设备自身会产生一定的位移,从而带动管道位移而导致承重支架脱空;
(3)导向支架的卡死或损坏。当导向支架遭受到管子的较大横向位移时,会导致导向支架卡死或损坏;
(4)管托滑落。如果施工时将管托滑板长度做得太短,或设计时所考虑的管道轴向位移过小,都可能导致管托从支撑梁上滑落下来,使管子在装置停车时不能复位,从而造成管子或承撑梁的破坏。
安全附件的故障形式与成因
安全附件也是压力管道不可或缺的组件,主要包括压力表、安全阀和爆破片等,它们在紧急情况下对压力管道设备起保护作用。
(1)压力表的故障一般为:指示失灵、刻度不清、表盘玻璃破裂、泄压后指针不回零位、表内弹簧管泄漏或压力表指针松动、指针断裂或外壳腐蚀严重等。
(2)安全阀的主要故障是:铅封损坏、发生锈蚀,或者已经过了合格的校验期。
(3)爆破片的主要故障则包括:安装方向发生错误,或者爆破压力和温度不符合运行要求及其他异常情况。
安全附件的故障主要是因为仪表选择不当、使用时间过长或者是运行时的工况条件十分恶劣而导致的。
此外,为了确保安全生产和减轻操作人员的劳动强度,现代的化工设备中多已进行了自动控制系统的应用,或对原有的化工设备进行了自动控制改造,使用了很多,如各种传感器、自动控制元器件,通过远程终端进行显示,这些传感器和控制元件也可能在使用一段时间后发生失效或显示数据不准,其原因是多种多样的,部分原因可能与前次检测设备有关,但大多数则可能与各种生产和环境因素有关,由于篇幅限制,有关问题需要通过专业的书籍进行学习了解。