管道类失效分析实例

1、管道类失效分析实例管道是rh无缝钢管或焊接钢管用接头或阀门联接的气体或液体的通道。它主要起预热、 冷却及输送气休或液体的作用。管道的破裂，尤其是压力管道的突然破裂或炸裂是非常严重的事故，必须立即停止工作, 以故大限度地减轻或避免其它容器及管道的损坏。管道破裂常常造成泄漏。管道的破裂失效可以划分为过热引起的破裂和脆化引起的破裂两种类型。过热引起的破裂失效，通常主断口具有鱼嘴形貌，其中又分为“厚唇'式或“薄唇'式 两类破裂失效。脆化引起的破裂失效包括：腐蚀或积垢引起的破裂；疲劳失效、冲击引起的破裂；应力 腐蚀开裂失效及其它形式失效等。本章主要介绍锅炉预热管、化丄设备中的冷却管及其它

2、用途的管道失效的分析实例。冷却管失效分析1. 化肥设备中的外冷管失效由上海某锅炉厂生产的化肥设备，川汽车运往安徽某化肥厂，到厂后发现设备屮的外冷 管已发生开裂。其材质为18-8奥氏体不锈钢，外冷管断裂在螺纹部位，图1显示外冷管断 口的宏观形貌。图2显示外冷管断口的微观电子图彖。化肥设备市于用汽车长途运输，没有釆用防振措施，一路颠簸振动，使化肥设备中各类 管道、花卷板等在试车时均开裂，并且是疲劳断裂。因此可认为这是由于运输振动引起的疲 劳断裂。图 1 opi图象说明：断口较平滑，断口受到机械 摩擦或机械擦伤悄况较严重。宏 观形貌特征具有许多台阶，其裂 纹在外冷管表面萌生，向内表面 扩展。图象说明

3、：具有明显的疲劳断裂的微观 特征疲劳辉纹，箭头指示的方 向为疲劳裂纹的扩展方向。图 2 tem 10000x2. 氨冷凝器冷却管失效某化肥厂用于90n?氨冷凝器中的冷凝管管材为lcrl8ni9ti,管外径为4)14mm,内径 为©6mm,工作吋管内通氨，管外壁用黄浦江水冷却，工作温度约200°c左右，使用约一年 发现多根冷凝管有泄漏现象°拆下检查时在泄漏处发现有多条裂纹如图3所示。把裂纹打开, 它的断口宏观形貌如图4所示。图象说明：28 29 30 312s 2g 271*9 2*0 21 22 23 24uin图 3 0pi失效冷却管外观形貌。在管 外舉可观察到

4、多条裂纹。图象说明：图3的冷却管沿裂纹处打开 后的断口宏观形貌，可发现断口 上有一层腐蚀产物覆盖。根据裂 纹的外观形貌及断口特征，判定 裂纹均起源于外壁，并向内壁扩 展。图 4 opi3. 船用预热水管断裂失效船用预热水管材料为lcrl8ni9ti奥氏体不锈钢。预热温度为6070°c,水压为200kpa, 预热水管只使用1400小吋就发生破裂现象。预热水管断口宏观形貌呈人字条纹。根据人字条纹的指向可断定：裂源位于水管内壁表 面，裂纹从内壁向外壁及两侧扩展。裂源区的微观形特征见图5、图6。根据断口的宏观、微观形貌特征，可断定预热水管的断裂属疲劳脆断。疲劳起源于水管 内壁表而，呈聚集、串

5、链状的氮化物夹杂。图 5 tem 5000x图象说明：船用预热水管断口裂源区的 电子图彖。具有大块状的氮化物 夹杂，夹杂周围有明显的二次裂 纹。图 6 tem 5000x船用预热水管断口裂源区的 微观形貌。具有明显的疲劳辉纹, 疲劳起源于串链状氮化物夹杂 处。图上还可见到机械擦伤条纹, 如箭头所指。锅炉管道失效分析1锅炉过热蒸汽管的开裂失效过热蒸汽管是某糖厂锅炉的一个重耍部件，用4）42x 3.5mm"勺12crmov牌号的无缝钢 管制成，通过它产牛3939kpa压力和450°c的蒸汽。工作时，过热蒸汽管外露在800-900°c的火烟中加热，燃料为煤粉。实际运行9

6、个月后, 过热蒸汽管爆裂失效。过热蒸汽管爆裂失效的宏观形貌见图7。在断口裂缝尖端（箭头所指处）截取试样，沿 纵向外壁血磨制金相试样，肉眼可见相互平行的纵向裂纹（见图8箭头所指）。图象说明：过热蒸汽管破裂处宏观形貌。断裂（裂口）沿轴向扩展，裂源处变形鼓起, 管外壁锈蚀严重。从裂口处看内壁，内 壁有轻微锈蚀，内壁的其余部位均呈光 滑的黑褐色。在裂口尖端附近截取试样， 沿轴向外壁磨制金相试样，经抛 光，在不浸蚀条件下，肉眼可见 相互平行的纵向裂纹，如白色箭 头所指。由此可见，管壁的薄弱 之处已普遍存在。黑色箭头所指 为另一个腐蚀麻坑。2. 20g钢管爆裂原因分析”38x5mm壁厚之20g钢管，是上海

7、某锅炉厂生产的锅炉用过热器管。该过热器管使 用情况：过热器出口温度380-400°c ,管外烟气温度750-800°c,管内工作压力为15 20kg/cnro该新锅炉安装使用一个月左右，过热器中间而向炉堂第三排上部处管子即发生爆 裂事故。开裂管子实物形貌如图9所示。开裂部分降起，裂口由内壁向外张开呈鱼嘴状，中 间宽，两头细，其长度约为60mm,最宽处为5mm,裂纹最薄处的厚度仅为管壁厚度的丄。2 开裂处周国布有钱多沿纵向分布粗细不一的裂纹，断口截血上对观察到大量腐蚀坑，管子外 表曲已严重锈蚀。分别在裂纹尾端、近裂纹尾端但未开裂处及管子较止常部位截取试样，进行金相观察分 析。

8、未经浸蚀试样磨面上的腐蚀及氧化情况如图10、11所示。此管外表上有较多厚薄不一z浅灰色氧化皮层及严垂腐蚀凹坑，以及粗细不一z裂纹, 说明该过热器管鮫长时间处于高温状态下工作，引起表曲严重氧化与脱碳。从宏观断口上可 观察到该炉管上有的腐蚀凹坑，深度已达到钢管截血，大大降低了钢管的有效截曲。该锅炉在使用过程中曾停炉四次（炉温冷热有起伏），按止常热处理该钢管z微观组织应 为铁素体+珠光体，血从过热器管出现的铁素体及点粒状珠光体以及沿晶呈半网式网状渗碳 体之组织可知，该过热器管在较长时间内处于高温下及在温度时有起伏的条件下，由于金 相组织的改变导致钢管强度剧烈下降，脆性显著增大。综上所述，该过热器管爆

9、裂原因，是钢管表血在烟气高温条件下产牛严重氧化与脱碳, 并有大量腐蚀凹坑与沿晶裂纹，使钢管厚度大大减薄，又在管内较大的压力作用下，当钢管 厚度承受不了内在压力时，导致过热管的早期爆裂而失效。图 9 omi 50x图象说明：裂纹尾端试样。在沿管外表而 发现有较多起始于腐蚀凹坑之粗 大裂纹，裂纹由外向内伸展，其内 充满浅灰色氧化皮，并在沿管外表 面上布有较多细小裂纹。图 10 0mi 50x图 11 0mi 50x图象说明：在管内表而均发现有厚薄不 之氧化皮层，图示裂纹尾端的 内表面存在厚薄变化不人的氧化 皮层。图象说明：过热器管开裂情况实物照 片。其它管道失效分1.不锈钢钢管爆裂失效爆裂钢管系合

10、成洗涤剂厂洗衣粉车间喷粉塔上的管道，用*51x4的lcrl8ni9ti不锈 钢无缝钢管制造。管道内输送ph值为910、温度为6070°c的浆料，浆料由烷基苯磺酸钠、 三聚磷酸钠、苦硝、泡化碱、纯碱及4050%的水所组成，管内工作压力为78mpa。为保 证管内桨料粘度，不锈钢管外套* 89x4.5mm的碳素无缝钢管，其间通以温度不超过100°c 的热水。管道服役三年左右即发生不锈钢管突然爆裂。停机拆卸爆裂管，其外壁呈喑褐的氧化色, 管内沉积着约6mm坚硬、白色的浆料沉积物。钢管爆裂部位的宏观全貌见图12,爆裂口管 壁有轻度鼓胀，其周围布有明显可见的纵向裂纹，经取样抛光后低倍检

11、查证实：裂纹起源于 钢管外表而腐蚀坑并以枝叉状由此向内扩展。根据钢管爆裂部位的宏观形貌特征和裂纹的起源与扩展走向的特点。对以断定不锈钢管 的爆裂屈典型的应力腐蚀开裂。其理由：不锈钢管材料晶粒细小，本身有较高的内应力，同时管子是在一定压力卜工 作，再加上桨料重力的作用，故三者之和使管壁在受了相当高的应力条件下股役。钢管长 期处衣热水中股役，故完全有可能在钢管外表而那些有缺陷的地方被选择性腐蚀形成腐蚀凹 坑。当腐蚀坑长年在介质和应力的联合作用卜-萌生裂纹源，裂纹不断扩展，管壁冇效截而缩 小，直到不能承受工作负荷时，就会突然破裂。图象说明：图 12 0pi 0.5x不锈钢管爆裂部位的外观全 貌。2.交通牌货车刹车紫铜管断裂失效1981年11月，一辆交通牌货车（1980年11月出厂）运货至余姚，在余姚陆埠桥南桥 脚弯道处，当驾驶员采取刹车减速时，突然发觉刹千失灵，汽千推动制动冲下桥血，造成死 亡两人，重伤一人的严重事故。事故发生厉，余姚县车辆管理站、公安局派人赶赴现场勘查，并对制动系统部件进行