XXXX压力管道检验员取证培训课件压力管道的故障与失效

第7章压力管道的故障与失效刘华东郑州大学第7章压力管道的故障与失效刘华东7.1概述7.2压力管道常见故障7.3压力管道常见失效模式7.4典型压力管道失效特点2023/1/32主要内容7.1概述2022/12/252主要内容7.1概述7.1概述压力管道：定义：一般应用在连续性的生产过程之中，起连接动、静设备，输送介质的设备。特点：

高温、高压、低温或高真空度；

输送介质多为易燃易爆、剧毒及腐蚀性。2023/1/347.1概述

在设计、制造、运输、安装、使用、检验、维修等各个环节都可能存在问题，导致管道的损伤、失效甚至破坏性事故时有发生。压力管道：2022/12/2547.1概述在设计损伤：

是指管道在外部机械力、介质环境、热作用等单独或共同作用下，造成材料性能下降或者结构不连续导致设备承载力下降。2023/1/357.1概述压力管道失效（故障）：

指管道损伤到一定程度，管道功能不能发挥其设计规定或强度、刚度不能满足使用要求的状态。损伤不一定失效或发生事故，但失效或发生事故则一定存在损伤。根据其严重程度，依次为损伤、故障（失效）、事故。损伤：2022/12/2557.1概述压力管道失效（故障）压力管道失效主要从材料性能和管道应力两方面考虑：管道应力内压引起的应力、管道附件、管系膨胀、管系及阀件自重、强制安装等引起管道承受的弯曲载荷;结构不连续引起的应力集中，比如焊接裂纹振动疲劳载荷……材料性能结合工作环境分析，例如，高温下考虑材料蠕变；材料在腐蚀环境下性能恶化…….2023/1/367.1概述压力管道失效主要从材料性能和管道应力两方面考虑：2022/17.2压力管道常见故障7.2压力管道常见故障压力管道常见故障的分类:按发生故障产生的后果或现象：泄漏、爆炸、失稳。按故障发生原因可分为：过度变形；低应力脆断；腐蚀破坏；疲劳破坏；蠕变破坏等。

按发生故障后管道失效时宏观变形量的大小可分为：韧性破坏（延性破坏）和脆性破坏两大类。按发生故障后管道失效时材料的微观断裂机制可分为：韧窝断裂、解理断裂、沿晶脆性断裂和疲劳断裂等。

2023/1/387.2压力管道常见故障压力管道常见故障的分类:2022/12/2587.2压力管习惯上往往采用混合分类方法（以宏观分类方法为主，结合一些断裂特征：韧性破坏、脆性破坏、疲劳破坏、蠕变破坏和其它型式破坏。2023/1/397.2压力管道常见故障压力管道常见故障有腐蚀、冲刷、裂纹（裂缝）、鼓包、变形、泄漏等。习惯上往往采用混合分类方法（以宏观分类方法为主，结合一些断裂腐蚀（corrosion）金属材料表面由于受到周围介质的作用而发生状态变化，从而使金属材料遭受破坏的现象。金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化。腐蚀会使管道整体或局部壁厚减薄，承载能力下降，造成破裂；腐蚀也会造成危害性极大的裂纹，造成管道的裂穿泄漏，严重时会造成突然破裂或爆炸。

2023/1/3107.2压力管道常见故障腐蚀（corrosion）2022/12/25107.2压冲刷管道内的介质对管壁的长期冲刷，造成管壁壁厚的减薄，当管壁的厚度不能满足强度要求时，就会在管道冲刷部位产生冲刷磨损破坏。一般在弯头、T字型接头附近较为明显。冲刷腐蚀：介质流向突然发生改变，对金属及金属表面的钝化膜或腐蚀产物层产生机械冲刷破坏作用，同时又对不断露出的金属新鲜表面发生激烈的化学或电化学腐蚀。

2023/1/3117.2压力管道常见故障冲刷2022/12/25117.2压力管道常见故障裂纹裂纹是金属材料在应力或环境（或两者同时）作用下产生的裂隙，造成结构不连续，在裂纹尖端应力存在奇异性。是导致脆性破坏的主要原因。主要来源管材制造和管道安装过程中产生的裂纹，主要包括管材扎制裂纹、焊接裂纹和应力裂纹。使用过程中产生或扩展的裂纹，包括疲劳裂纹和腐蚀裂纹。2023/1/3127.2压力管道常见故障裂纹2022/12/25127.2压力管道常见故障原始材料缺陷：把好质量关，严格按照设计标准。焊接裂纹：常存在于焊缝热影响区和焊缝交叉口、角焊缝表面缺陷处和焊缝附近。原因主要如下：可焊性；强行对接；在焊接过程中，焊条、焊剂的水分离解产生的原子氢渗入焊接金属中；焊接环境温度过低、冷却速度太快。2023/1/3137.2压力管道常见故障原始材料缺陷：把好质量关，严格按照设计标准。2022/12/疲劳裂纹：管道布置结构不合理或材料存在缺陷等造成的局部应力过高，且压力、温度频繁波动和波动幅度较大而引起的。腐蚀裂纹：是腐蚀性介质在一定压力、温度条件下，对材料造成腐蚀而逐渐形成的一种裂纹。2023/1/3147.2压力管道常见故障疲劳裂纹：管道布置结构不合理或材料存在缺陷等造成的局部应力过鼓包主要是管道材料发生塑性变形或者蠕变变形引起：管道超压；管道超温，造成材料强度下降，在正常工作压力下造成管道塑性变形；蠕变是指应力不变而应变持续增加的现象，与温度有关。蠕变后的材料组织和性能发生变化。

发生鼓包的管道，必须停止使用2023/1/3157.2压力管道常见故障鼓包2022/12/25157.2压力管道常见故障变形由于不合理或错误的设计、安装，热应力导致管道在某些位置产生很大反力和反力矩、管系振动导致管道超出允许振动控制范围，致使管道系统发生结构（或其一部分）形状改变的现象。泄漏压力管道由于管道裂纹或爆管、腐蚀变薄穿孔、法兰及阀门密封而失效等各种原因造成的介质流溢称为泄漏。2023/1/3167.2压力管道常见故障变形2022/12/25167.2压力管道常见故障7.3压力管道常见失效形式（一）失效模式分类（二）常见失效模式7.3压力管道常见失效形式（一）失效模式分类失效模式欧洲标准失效模式：短期失效模式：脆性断裂、韧性断裂、超量变形引起的接头泄漏、超量局部应变引起的裂纹形成或韧性撕裂、弹性、塑性或弹塑性失稳（垮塌）。长期失效模式：蠕变断裂、蠕变一在机械连接处的超量变形或导致不允许的载荷传递、蠕变失稳、冲蚀、腐蚀、应力腐蚀开裂、氢致开裂。2023/1/3187.3压力管道常见失效形式失效模式2022/12/25187.3压力管道常见失效形式循环失效模式：扩展性塑性变形、交替塑性、弹性应变疲劳（中周和高周疲劳）或弹一塑性应变疲劳（低周疲劳）以及环境助长疲劳。GB/T20801-2006《压力管道规范-工业管道》脆性断裂、韧性断裂、接头泄露、弹性或塑性失稳、蠕变断裂。《承压设备损伤模式识别》标准报批稿腐蚀减薄、环境开裂、材质劣化和机械损伤，共81种不同的失效模式。2023/1/3197.3压力管道常见失效形式循环失效模式：扩展性塑性变形、交替塑性、弹性应变疲劳（中周和（1）腐蚀减薄管道材料在腐蚀介质或腐蚀环境的作用下，材料被腐蚀所造成的厚度减薄。从能量角度来讲，腐蚀是一种能量转化的过程。管道的腐蚀减薄主要有盐酸腐蚀、电化学腐蚀、硫酸腐蚀、氢氟酸腐蚀、层下腐蚀、碱腐蚀、冲蚀等。2023/1/3207.3压力管道常见失效形式（1）腐蚀减薄2022/12/25207.3压力管道常见失1）盐酸腐蚀：金属与盐酸接触特征全面腐蚀或者局部腐蚀；还会伴随氯化铵腐蚀、氯化物应力腐蚀开裂；碳钢和低合金钢盐酸腐蚀时可表现为均匀减薄；介质局部浓缩或露点腐蚀时表现为局部腐蚀或沉积物下腐蚀；奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢表现为点状腐蚀，形成直径为毫米级的蚀坑，甚至可发展为穿透性蚀孔。

2023/1/3217.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄1）盐酸腐蚀：金属与盐酸接触2022/12/25217.3影响因素盐酸浓度；温度；金属种类：奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢抗蚀能力较差；蒙乃尔合金、钛（含钛合金）和镍（含镍合金）抗性较好；氧化剂：氧化剂（氧气、铁离子和铜离子）存在时，会加速蒙乃尔合金和哈氏合金的腐蚀；钛在氧化性氛围中具有优良的抗蚀能力。2023/1/3227.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄影响因素2022/12/25227.3压力管道常见失效形式易腐蚀设备碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢都有可能发生盐酸腐蚀；常压塔塔顶系统；加氢装置；废气系统的蒸馏工段；催化重整装置的废气系统、再生系统和分馏工段；氯丙烯装置中盐酸吸收塔塔底HCL入口及盐酸出口。预防措施降低盐酸浓度；材料升级或加内衬，如换成耐盐酸蒙乃尔合金、钛或者内衬非金属材料。

2023/1/3237.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄易腐蚀设备2022/12/25237.3压力管道常见失效形2）电化学腐蚀：

两种相连接的电极电位不同的材料浸入电解质液中，形成同时进行的阳极反应和阴极反应过程的腐蚀。阳极：M-ne→Mn++ne；阴极：Sk++ke→S特征：多发生在电解质液中两种材料连接处；可能发生均匀腐蚀或局部腐蚀，形成蚀坑、蚀孔、沟槽；经常伴随着土壤腐蚀。影响因素：电解质浓度；电极电位差；单一金属存在在表面涂层、钝化膜或结垢时，自身也会形成电化学腐蚀2023/1/3247.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄2）电化学腐蚀：2022/12/25247.3压力管道常见易腐蚀设备除贵重金属外的所有材料都可能会发生电化学腐蚀。使用不同材质制造的管道、管道钝化膜或涂层发生破损处、埋地管道、江河或海洋中的管道等。预防措施设计：优化设计，避免形成电化学腐蚀的材料组合，，或者采用电绝缘的方法是不同材料间不能形成电气闭合回路；相对暴露面积：增大阳极/阴极相对暴露面积，减缓阳极的腐蚀速率；涂层：为阳极材料与电解质流体接触面设置涂层或钝化膜；阴极保护：外部设置合理的保护电极。2023/1/3257.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄易腐蚀设备2022/12/25257.3压力管道常见失效形3）硫酸腐蚀：硫酸腐蚀是指金属与硫酸接触时发生的腐蚀M+H2SO4（稀）→MSO4+H2M+2H2SO4（浓）→MSO4+2H2O+SO2特征：稀硫酸：壁厚均匀减薄或点蚀，碳钢焊缝和热影响区易遭受腐蚀，在焊接接头部位形成沟槽；浓硫酸：局部腐蚀，可引起钢制管道的钝化，阻止腐蚀的进行。影响因素：浓度、流速、氧化剂、材料种类2023/1/3267.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄3）硫酸腐蚀：2022/12/25267.3压力管道常见失易腐蚀设备硫酸烷基化装置中反应器废气管线、再沸器、脱异丁烷塔塔顶系统和苛性碱处理工段。废水处理装置：分镏塔和再沸器的底部及相连管道预防措施选材：奥氏体不锈钢和哈氏合金条件允许可注入适量苛性碱中和剂2023/1/3277.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄易腐蚀设备2022/12/25277.3压力管道常见失效形4）氢氟酸腐蚀：指金属与氢氟酸接触时发生的腐蚀M+2HF→MF2+H2特征：碳钢的腐蚀表现为全面减薄或严重局部减薄，面易形成氟化亚铁垢皮；蒙乃尔合金遭受腐蚀时多表现为全面减薄，且很少有积垢现象可能有氢氟酸致氢应力开裂影响因素：介质流速、流动状态水温度铜、镍、铬等有害离子，加速腐蚀2023/1/3287.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄4）氢氟酸腐蚀：指金属与氢氟酸接触时发生的腐蚀M+2HF易腐蚀设备操作温度高于66℃的管道：泄压阀入口、小口径放气口和排气口的盲管段、位于异构体汽提塔、脱丙烷塔和氢氟酸汽提塔、丙烷汽提塔塔顶部位的管道氢氟酸烷基化装置中临氢氟酸环境的管道以及含酸火炬气管道预防措施加强监测，及时更换减薄管更换材料，如采用蒙乃尔合金控制有害离子含量2023/1/3297.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄易腐蚀设备2022/12/25297.3压力管道常见失效形5）层下腐蚀：敷设保温层等覆盖层的金属在覆盖层下发生的腐蚀。阳极反应：Me→Men++ne阴极反应：O2+2H2O+4e→4OH-（中性或碱性溶液）O2+4H++4e→2H2O（酸性溶液）特征碳钢和低合金钢：局部减薄；奥氏体不锈钢可能发生应力腐蚀开裂；铝、镁、钛、铜形成表面氧化膜；可能还会伴随有大气腐蚀、氧化腐蚀、氯离子应力腐蚀开裂。2023/1/3307.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄5）层下腐蚀：敷设保温层等覆盖层的金属在覆盖层下发生的腐蚀。影响因素：潮湿大气、海洋空气、温度（-12℃～120℃）易腐蚀设备敷设保温层等覆盖层的装置和管道的覆盖层破损处、用蒸汽等进行加温伴热的管道、法兰和其它管件的覆盖层端口预防措施防腐涂层选材：可选用耐候钢、不锈钢；控制覆盖层质量环保操作温度2023/1/3317.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄影响因素：2022/12/25317.3压力管道常见失效形6）碱腐蚀：高浓度的苛性碱或碱性盐，或因蒸发及高传热导致的局部浓缩引起的金属腐蚀特征局部浓缩致碱腐蚀表现为局部腐蚀垢下局部腐蚀具有隐蔽性水汽界面的介质浓缩区域在腐蚀后形成局部沟槽温度高于79℃的高强度碱液可导致碳钢的均匀腐蚀还可能伴随有蒸汽阻滞。影响因素碱浓度温度2023/1/3327.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄6）碱腐蚀：高浓度的苛性碱或碱性盐，或因蒸发及高传热导致的局易腐蚀设备常减压蒸馏装置原油进料注碱部位管道常减压蒸馏装置预热器、加热炉炉管和转油线内的注碱部位采用碱进行产品脱硫装置的管线预防措施优化设计：降低浓度优化注碱设施：注碱设施应能对注入碱和介质进行有效的混合，避免碱在高温部位发生浓缩；在66℃以上的高浓度碱液环境中尽量避免选用碳钢和奥氏体不锈钢，选用抗性较好的蒙乃尔合金和一些镍基合金2023/1/3337.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄易腐蚀设备2022/12/25337.3压力管道常见失效形7）冲蚀：指固体、液体、气体及其混合物的运动或相对运动造成的表面材料机械损耗。其损伤机理为流体剥离金属表面层或腐蚀产物，暴露新鲜金属表面。特征短的时间内造成局部严重腐蚀。典型情况有腐蚀坑、沟、锐槽、蚀孔和波纹状形貌，具有一定的方向性。影响因素材料硬度介质流速、介质相态、介质颗粒尺寸及密度和硬度2023/1/3347.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄7）冲蚀：指固体、液体、气体及其混合物的运动或相对运动造成的易腐蚀设备管道系统：弯头、三通、异径管部位，以及调节阀和限流孔板的下游部位催化裂化装置催化剂处理系统，焦化装置的焦炭处理系统，尤其是泵、压缩机和旋转设备。常减压装置管道可能同时发生环烷酸腐蚀/冲蚀采油装置泥浆输送管道系统预防措施优化设计：降低流速、采用流线型弯头选材：耐蚀金属或合金、表面处理、增加衬里、工艺改进：介质除气、旋风分离除固、注入冷凝液或抑制剂。2023/1/3357.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄易腐蚀设备2022/12/25357.3压力管道常见失效形（2）环境开裂指构件材料在介质或环境作用下发生的开裂非应力导向开裂应力腐蚀开裂：金属材料在拉应力和特定腐蚀介质的共同作用力、材料、腐蚀介质呈枯树枝状（开杈），大体上沿着垂直于拉应力的方向发展。裂纹的微观形态有穿晶型、晶间型（沿晶型）和二者兼有的混合型。2023/1/3367.3压力管道常见失效形式（2）环境开裂2022/12/25367.3压力管道常见失1）氯化物开裂2）碱应力腐蚀开裂3）氢脆4）湿硫化氢破坏5）高温水应力腐蚀开裂2023/1/3377.3压力管道常见失效形式1）氯化物开裂2022/12/25377.3压力管道常见失2023/1/3382022/12/25381）氯化物开裂：奥氏体不锈钢及镍基合金在拉应力和氯化物溶液的作用下发生的表面开裂特征为材料表面发生开裂，无明显腐蚀减薄，微观特征多呈树枝状，金相观察可观察到明显的穿晶特征。影响因素温度增加，开裂倾向增加氯离子能自动浓缩聚集镍含量在8%～12%，易腐蚀；大于35%，不易产生裂纹；超过45%，几乎不发生氯化物开裂铁素体不锈钢比奥氏体不锈钢具有更高的抗氯化物应力腐蚀能力；碳钢、低合金钢不敏感。2023/1/3397.3压力管道常见失效形式-环境开裂1）氯化物开裂：奥氏体不锈钢及镍基合金在拉应力和氯化物溶液易腐蚀设备加氢反应后物料运储的管道，如果在停车后没有针对性清洗，氯化物应力腐蚀开裂的敏感性升高；保温棉等绝热材料被水或其他液体浸泡后，可能会在材料外表面发生层下氯化物应力腐蚀开裂锅炉的排水管预防措施选材：使用具有抗氯化物应力腐蚀裂纹能力的材料；水质：当用水进行压力试验时，应使用含氯量低的水，结束后应及时彻底烘干；涂层：材料表面敷涂涂层，避免材料直接接触介质流体；2023/1/3407.3压力管道常见失效形式-环境开裂易腐蚀设备2022/12/25407.3压力管道常见失效形结构设计：尽量避免可能导致氯化物集中或沉积，尤其是应避免介质流动死角或低流速区；消除应力：对奥氏体不锈钢制作的工件宜进行固溶处理；对稳定化奥氏体不锈钢可进行稳定化处理以消除残余应力；若只进行消除应力热处理，应同时考虑该热处理可能带来的敏化和变形、热疲劳开裂等因素表面要求：降低材料表面粗糙度，防止机械划痕、碰伤和麻点坑等，减少氯化物积聚的可能性，降低开裂敏感性。2023/1/3417.3压力管道常见失效形式-环境开裂结构设计：尽量避免可能导致氯化物集中或沉积，尤其是应避免介质2）碱应力腐蚀开裂：指暴露于碱溶液中的管道表面发生的应力腐蚀开裂特征多数发生在未经消除应力热处理的焊缝附近裂纹一般呈蜘蛛网状的小裂纹可能伴随有胺应力腐蚀开裂、碳酸盐应力腐蚀开裂影响因素浓度，5%为门槛值浓缩条件时（如：干湿交替、局部加热或高温吹汽等），50～100ppm的碱浓度就足以引起开裂温度，46℃门槛值应力2023/1/3427.3压力管道常见失效形式-环境开裂2）碱应力腐蚀开裂：指暴露于碱溶液中的管道表面发生的应力腐蚀易腐蚀设备碱处理的管线：脱H2S和脱硫醇装置，硫酸烷基化和氢氟酸烷基化装置中的管线、热设置不合理的管线预防措施合理选材焊后热处理对未焊后热处理过的碳钢管线在蒸汽吹扫前应水洗，避免直接进行蒸汽吹扫，或只使用低压蒸汽进行短时间吹扫，缩短暴露时间优化设计和注入操作来使碱在进入高温原油预热系统前能够与原油充分混合2023/1/3437.3压力管道常见失效形式-环境开裂易腐蚀设备2022/12/25437.3压力管道常见失效形3）氢脆：原子氢渗入高强度钢造成材料韧性降低，发生脆性断裂的过程发生条件钢或合金中的氢达到临界浓度钢及合金的强度水平和微结构对脆断敏感；应力高于氢脆开裂的临界应力。特征一般不会发生显著的塑性变形材料断裂韧性急剧降低厚壁部件更容易发生氢脆；材料强度增加，氢脆的敏感性增加可能伴随有湿硫化氢破坏、氢氟酸致氢应力开裂2023/1/3447.3压力管道常见失效形式-环境开裂3）氢脆：原子氢渗入高强度钢造成材料韧性降低，发生脆性断裂的易腐蚀设备催化裂化装置、加氢装置、胺处理装置、酸性水装置和氢氟酸烷基化装置中在湿硫化氢环境下服役的碳钢管线属于易产生氢脆的部位。预防措施选用低强度钢，采用焊后热处理降低残余应力和硬度选用低氢焊材，并使用干电极和预热工艺。对在高温临氢环境下工作的管线，停工时必须先降压后降温，开工时必须先升温后升压；对管线内部施加涂层、堆焊不锈钢或设置其他保护衬里。2023/1/3457.3压力管道常见失效形式-环境开裂易腐蚀设备2022/12/25457.3压力管道常见失效形4）湿H2S破坏：指在含水和硫化氢环境中碳钢和低合金钢所发生的损伤过程：特征氢鼓泡：钢材表面形成独立的小泡氢致开裂：在钢材内部形成与表面平行的台阶状裂纹，裂纹沿轧制方向扩展应力导向氢致开裂：一般发生在焊接接头的热影响区部位硫化物应力腐蚀开裂：在焊缝热影响区表面起裂，并沿厚度方向扩展2023/1/3467.3压力管道常见失效形式-环境开裂4）湿H2S破坏：指在含水和硫化氢环境中碳钢和低合金钢所发生影响因素pH小于4，且溶解有硫化氢时易发生湿硫化氢破坏；pH值大于7.6，且氢氰酸浓度>20ppm并溶解有硫化氢时湿硫化氢破坏易发生；硫化氢浓度>50ppm，或潮湿气体中硫化氢气相分压大于0.0003MPa时湿硫化氢破坏容易；氢鼓泡、氢致开裂、应力导向氢致开裂损伤发生的温度范围为室温到150℃，硫化物应力腐蚀开裂通常发生在82℃以下。硬度影响硫化物应力腐蚀开裂，而对氢鼓泡、氢致开裂和应力导向氢致开裂损伤无影响。提高钢材纯净度能够提升钢材抗氢鼓泡、氢致开裂和应力导向氢致开裂的能力2023/1/3477.3压力管道常见失效形式-环境开裂影响因素2022/12/25477.3压力管道常见失效形式提高钢材纯净度能够提升钢材抗氢鼓泡、氢致开裂和应力导向氢致开裂的能力；焊后热处理可以有效地降低焊缝发生硫化物应力腐蚀开裂的可能性，并对防止应力导向氢致开裂起到一定的减缓作用，但对氢鼓泡和氢致开裂不产生影响；溶液中硫氢化铵浓度超过2%（质量比）会增加氢鼓泡、氢致开裂和应力导向氢致开裂的敏感性。溶液中含有氰化物时，会明显增加氢鼓泡、氢致开裂和应力导向氢致开裂损伤的敏感性。2023/1/3487.3压力管道常见失效形式-环境开裂提高钢材纯净度能够提升钢材抗氢鼓泡、氢致开裂和应力导向氢致开易腐蚀设备常减压装置、加氢装置、催化裂化装置、延迟焦化装置、制硫装置的轻油分馏系统、酸性水系统的管线，以及未采用抗氢致开裂钢制造的管线都会产生硫化氢破坏现象。预防措施选用合适的钢材或合金，或设置有机防护层；用冲洗水来稀释氢氰酸浓度；采用高纯净度的抗氢致开裂钢；限制焊缝和热影响区的硬度，应不超过HB200；焊接接头部位进行焊后消除应力热处理；使用特殊的缓蚀剂。2023/1/3497.3压力管道常见失效形式-环境开裂易腐蚀设备2022/12/25497.3压力管道常见失效形5）高温水应力腐蚀开裂：在高温水（>300℃）环境中，在拉应力作用下金属构件高拘束区域发生的表面开裂。主要是高温下，偏酸或偏碱时，水电离作用加强造成。特征易发于偏酸性或碱性高温水溶液中焊接接头区域，尤其是硬度值高的部位。裂纹一般为穿晶型。可能会伴随碱应力腐蚀开裂、碳酸盐应力腐蚀开裂。影响因素：应力、组织2023/1/3507.3压力管道常见失效形式-环境开裂5）高温水应力腐蚀开裂：在高温水（>300℃）环境中，在拉应易腐蚀设备电站锅炉中面临高温水环境的低合金高强钢制管道预防措施对焊接接头（包括修补焊接接头和内、外部构件焊接接头）进行焊后消除应力热处理；对偏酸性或碱性的水进行中和，控制溶液pH值接近7，可降低开裂敏感性；选用强度等级较低的金属材料；通过热处理等方法降低材料中马氏体组织含量。2023/1/3517.3压力管道常见失效形式-环境开裂易腐蚀设备2022/12/25517.3压力管道常见失效形（3）材质裂化指构件材料在温度或介质等因素作用下，金相组织或材料组成结构发生变化，导致耐腐蚀性能下降，或冲击韧性等力学性能指标降低的过程。压力管道的材料劣化有高温氢腐蚀、石墨化、球化等。2023/1/3527.3压力管道常见失效形式（3）材质裂化2022/12/25527.3压力管道常见失1）高温氢腐蚀：在高温（>260℃）临氢环境中，因钢中的碳与氢反应生成甲烷气体，材质发生脱碳的过程，并可形成鼓泡或开裂。特征孕育期；晶界碳化物及附近出现鼓泡形核，力学性能无明显变化腐蚀期：形成裂纹，力学性能降低，超声测厚显示异常饱和期：开裂、脱碳影响因素：温度越高、氢分压越高，氢腐蚀越严重；H2O和O2存在时可加速氢腐蚀；钢中含碳量增加，氢腐蚀程度加剧；晶粒粗大的钢材氢腐蚀敏感性较小。2023/1/3537.3压力管道常见失效形式-材质裂化1）高温氢腐蚀：在高温（>260℃）临氢环境中，因钢中的碳与易腐蚀设备加氢装置中加氢反应器、进料和出料的管线；铂重整装置中反应器、进料和出料的管线都容易产生高温氢腐蚀现象。预防措施元素成分：添加Cr、Mo元素可以明显改善钢的耐氢腐蚀能力，其他能形成稳定碳化物的合金元素（如V、Ti、Nb等），添加后都能提高钢的抗氢腐蚀能力；材料组织：球化后的组织氢腐蚀速率减小；工艺：采用低氢分压生产工艺；衬里：采用奥氏体不锈钢等高合金衬里；温度：采用可以降低反应温度的催化剂，减少温度的影响。2023/1/3547.3压力管道常见失效形式-环境开裂易腐蚀设备2022/12/25547.3压力管道常见失效形2）石墨化：长期暴露在427～596℃温度范围内的金属材料，其珠光体颗粒分解成铁素体颗粒和石墨的过程。其损伤机理为碳化物分解，形成石墨球。特征可通过金相检测判定。石墨化损伤的末阶段与蠕变强度降低有关，包括微裂纹/微孔洞形成、表面及近表面开裂。金相分析可观察到随机分布、链状分布或局部平面分布的石墨球。影响因素：温度塑性变形Mo含量≥1%（质量比）易石墨化，添加0.7%（质量比）的Cr元素可防止石墨化2023/1/3557.3压力管道常见失效形式-材质裂化2）石墨化：长期暴露在427～596℃温度范围内的金属材料，微观组织：粗珠光体钢制管道石墨化倾向较大，而贝氏体钢钢制设备或管道石墨化倾向较小；石墨化的同时还可能伴随有球化、蠕变现象。易腐蚀设备催化裂化装置中的热壁管道、延迟焦化装置中的热壁管道、焦化炉管、乙烯裂解装置中的裂解炉管以及服役温度在441℃至552℃之间的省煤器管件、蒸汽管道预防措施材料：材料中添加Cr元素，可防止石墨化。2023/1/3567.3压力管道常见失效形式-环境开裂微观组织：粗珠光体钢制管道石墨化倾向较大，而贝氏体钢钢制设备3）球化：是指在440～760℃温度范围内，钢中碳化物聚团，形成大块球状微观组织的过程。特征形成较大的球状碳化物；可能伴随有石墨化现象。影响因素温度升高，球化加速；退火钢的抗球化性能比正火钢强，粗晶粒钢的抗球化性能比细晶粒钢强，硅镇静钢的抗球化性能比铝镇静钢强Mo含量≥1%（质量比）易石墨化，添加0.7%（质量比）的Cr元素可防止石墨化2023/1/3577.3压力管道常见失效形式-材质裂化3）球化：是指在440～760℃温度范围内，钢中碳化物聚团，易腐蚀设备球化易发生部位主要有催化裂化装置、催化重整装置和焦化装置中的高温管，加热炉炉管以及其他服役温度高于454℃的所有碳钢、低合金钢制管道预防措施减少在高温环境中的暴露时间；降低金属壁温；使用耐球化损伤的金属材料。2023/1/3587.3压力管道常见失效形式-环境开裂易腐蚀设备2022/12/25587.3压力管道常见失效形（4）机械损伤机械损伤是指机械载荷作用下材料发生组织连续性被破坏或功能丧失等损伤的过程。常见的机械损伤有机械疲劳、机械磨损、超压、蠕变等。2023/1/3597.3压力管道常见失效形式（4）机械损伤2022/12/25597.3压力管道常见失1）机械疲劳：指在循环机械载荷作用下，材料、零件或构件在一处或几处产生局部永久性累积损伤而产生裂纹的过程。经一定循环次数后，裂纹不断扩展，可能导致突然完全断裂。特征在宏观断口上一般可分别观察到疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区影响因素几何形状不连续处的表面：如划痕、金属夹杂等奥氏体、铁素体不锈钢、铝和多数其它非铁基合金无疲劳门槛值循环次数2023/1/3607.3压力管道常见失效形式-机械损伤1）机械疲劳：指在循环机械载荷作用下，材料、零件或构件在一处易损坏设备减压阀、流量调节阀附近的和管道、离心泵和压缩机的转轴、出口和入口的管道以及其他可能引起共振的管道。预防措施优化设计：避免结构不连续，并最大限度减少应力集中；选材：设计选材时考虑循环机械载荷的作用，并给定设计疲劳寿命；表面粗糙度：降低表面粗糙度，避免工卡具划痕或刀痕成为疲劳源；冶金和显微结构：采用合理的热处理工艺和焊接工艺等减少材料内部冶金和显微结构不连续，并减少焊接等过程产生的缺陷成为起裂源；钢印：使用低硬度钢印或采用其他不打钢印的标记方式。2023/1/3617.3压力管道常见失效形式-机械损伤易损坏设备2022/12/25617.3压力管道常见失效形2）机械磨损：指两相互接触的表面产生相对摩擦运动，接触点形成的粘着与滑溜不断相互交替，造成材料表面损伤的过程。特征“跑和”阶段：开始磨损较大，之后磨损降低；稳定磨损阶段“急剧”磨损阶段影响因素材料性能：硬度、韧性应力润滑安装配合质量2023/1/3627.3压力管道常见失效形式-机械损伤2）机械磨损：指两相互接触的表面产生相对摩擦运动，接触点形成易损坏设备两个相互接触，且接触表面有相对运动的管道就容易出现机械磨损现象。预防措施润滑选择适当的材料组合；对摩擦副表面进行表面强化处理，提高耐磨性的效果显著降低摩擦副表面粗糙度，也可以减少磨损。2023/1/3637.3压力管道常见失效形式-机械损伤易损坏设备2022/12/25637.3压力管道常见失效形3）超压：管道承载压力超过最大允许工作压力的过程，分为物理超压和化学超压。物理超压进料的速度远大于出料的速度，造成物料的突然积聚；物料受热膨胀；液化气体受热蒸发；过热蒸汽蒸发；瞬时压力脉动。化学超压可燃汽体燃爆；粉尘燃爆；放热化学反应失控；化学反应产生的气体量远大于消耗的气体量2023/1/3647.3压力管道常见失效形式-机械损伤3）超压：管道承载压力超过最大允许工作压力的过程，分为物理超特征材料发生塑性变形，甚至导致管道的韧性破裂。预防措施避免操作失当造成的超压事故。严格控制每次投料量及原料中杂质的含量，并设置防止投料超量的严密措施；承装液化气体的管道，应严格按规定的充装量充装，并防止管道意外受热。2023/1/3657.3压力管道常见失效形式-机械损伤特征2022/12/25657.3压力管道常见失效形式-机4）蠕变：低于屈服应力的载荷作用下，高温设备或设备高温部分金属材料随时间推移缓慢发生塑性变形的过程。特征扫描电镜下，出现孔洞、微裂纹。还可能产生应力断裂、过热、再热裂纹影响因素材料应力温度2023/1/3667.3压力管道常见失效形式-机械损伤4）蠕变：低于屈服应力的载荷作用下，高温设备或设备高温部分金易损坏设备承压设备中温度高、应力集中的部位易发生蠕变，尤其在三通、接管、缺陷和焊接接头等结构不连续处。主蒸汽管道、高温烟气管道预防措施优化设计：选择合理截面形式和开孔补强，降低局部应力材料合金成分：选用蠕变韧性储备足够的材料，或添加合适的合金成分，并进行合适的焊后热处理修复或更换工艺优化：改进工艺运行参数或物料组分比，降低工艺运行温度至蠕变阈值以下，或减少局部过热情况，并减少结垢或沉积，对结垢和沉积物及时进行清除。2023/1/3677.3压力管道常见失效形式-机械损伤易损坏设备2022/12/25677.3压力管道常见失效形低温管道城市热力管道城市钢制天然气管道化工及石化装置管道2023/1/3687.4典型压力管道失效特点低温管道2022/12/25687.4典型压力管道失效特点1）低温管道：应用石化装置：乙烯生产中，裂解气中氢气、甲烷等组分的分离装置管道；化肥工业：大型合成氨、甲醇装置低温甲醇洗工序中的管道液化天然气管道、液氧、氨制冷系统压力管道特点脆性断裂：韧脆转变温度2023/1/3697.4典型压力管道失效特点-低温管道1）低温管道：2022/12/25697.4典型压力管道失预防措施优化设计：充分考虑各种低温工况，合理选材消除焊接残余应力严格操作规程：控制操作压力和操作温度；控制水压试验温度加强检验：焊缝缺陷及应用过程中出现的裂纹性缺陷。2023/1/3707.4典型压力管道失效特点-低温管道预防措施2022/12/25707.4典型压力管道失效特点2）热力管道：输送高温具有较高压力的蒸汽或热水的管，包括架空管道和埋地管道管道特点输送的介质温度高、压力大、流速快；安装温度与正常运行温度差别很大，易产生应力变形保温层设置排气装置应设置膨胀管、释压阀或闭式膨胀水箱设泄水装置；采用循环管路2023/1/3717.4典型压力管道失效特点-热力管道2）热力管道：输送高温具有较高压力的蒸汽或热水的管，包括架空主要失效形式疲劳：冷热交替、反复加卸载断裂、泄漏、失稳：管系柔性不足，热胀冷缩引起位移；管壁阀门等结构时易引起水击等现象腐蚀管内壁蒸汽腐蚀，继而引发氢损伤温差原电池腐蚀土壤腐蚀自来水腐蚀（上水时不进行水处理）：氧、氯和二氧化碳2023/1/3727.4典型压力管道失效特点-热力管道主要失效形式2022/12/25727.4典型压力管道失效3）城市钢制燃气管道：包括天然气、液化石油气及人工煤气管道特点介质易燃易爆有毒管径变化频繁，各种阀门、弯头密布，线路情况十分复杂时间跨度长，设计、施工标准多样化事故后果严重（人口密集）主要是土壤腐蚀、大气腐蚀和内部腐蚀覆层压力相对较低2023/1/3737.4典型压力管道失效特点-城市钢制燃气管道3）城市钢制燃气管道：包括天然气、液化石油气及人工煤气管道2主要失效形式管道破裂、管道泄漏泄漏原因人为因素施工质量其他单位野蛮开挖电缆等设置未考虑安全距离，易形成电流腐蚀腐蚀造成泄漏外防腐层被破坏后，与土壤接触，形成化学腐蚀和电化学腐蚀；阴极保护失效；管道位于腐蚀性介质中；输送介质具有腐蚀性而造成腐蚀穿孔。2023/1/3747.4典型压力管道失效特点-城市钢制燃气管道主要失效形式2022/12/25747.4典型压力管道失效违章操作检修不及时，留下故障隐患；私自改接误操作或违章操作，使得管道或设备超压，引起泄漏。自然灾害地震、泥石流等输送介质具有腐蚀性而造成腐蚀穿孔。第三方破坏：外力作用下导致的破坏施工作业挖断地面负重过大个人原因在管道上私自挖孔主要受最小埋深、人类活动水平影响环境温度2023/1/3757.4典型压力管道失效特点-城市钢制燃气管道违章操作2022/12/25757.4典型压力管道失效特点5）化工及石化装置管道特点工作压力范围大工作温度范围大介质多为易燃、易爆、有毒化工液氯管道、石化炼油装置管道、加氢装置管道、奥氏体材料管道、碳钢与低合金钢材料管道2023/1/3767.4典型压力管道失效特点-化工及石化装置管道5）化工及石化装置管道2022/12/25767.4典型压化工液氯管道：化学腐蚀、电化学腐蚀、缝隙腐蚀化学腐蚀：氯气与水生成高氯酸和盐酸，并与管道材料发生反应，生成黄褐色氯化铁电化学腐蚀：氯离子与钝化膜中的氧原子替换掉，生成可溶性的氯化物，最终形成蚀孔。缝隙腐蚀：法兰间隙、焊缝未焊透处裂缝石化炼油装置管道：原油蒸馏、加氢处理和催化重整装置中，主要是HCl腐蚀（通常称H20+HCL+H2S环境）、酸性水腐蚀。盐酸对铁素体或马氏体不锈钢局部腐蚀（坑蚀），对奥氏体不锈钢则产生点蚀与氯离子应力腐蚀开裂盐酸腐蚀通常发生的塔顶系统（低于露点温度，容易生成盐酸溶液）2023/1/3777.4典型压力管道失效特点-化工及石化装置管道化工液氯管道：化学腐蚀、电化学腐蚀、缝隙腐蚀2022/12/酸性水腐蚀是各种最常见炼油加工装置的关注的问题，尤其是蒸馏、加氢处理、加氢裂化、焦化、催化裂化、胺处理、酸性水汽提等装置盐酸腐蚀通常发生的塔顶系统石化加氢装置管道主要是高温H2/H2S腐蚀：在富氢环境中，原子氢能不断侵入硫化膜造成膜的疏松多孔，原子氢与H2S能得以互相扩散渗透钢中添加Cr和Ni，可有效抵抗高温H2/H2S腐蚀石化奥氏体材料管道：催化裂化、脱硫、加氢裂化、催化重整装置、气体处理以及裂解、制氢、转化等设备与管道，主要包括连多硫酸应力腐蚀开裂（PTASCC）、氯离子腐蚀。连多硫酸腐蚀：沿晶开裂，靠近焊缝或高应力区域形成，开裂速度很快。氯离子腐蚀：点蚀、应力腐蚀开裂设计阶段，选择稳定型不锈钢，消除焊接应力、进行固溶热处理、稳定化热处理，可有效避免氯离子腐蚀开裂2023/1/3787.4典型压力管道失效特点-化工及石化装置管道酸性水腐蚀是各种最常见炼油加工装置的关注的问题，尤其是蒸馏、石化碳钢与低合金钢材料管道：主要包括湿硫化氢应力腐蚀开裂、胺腐蚀湿硫化氢应力腐蚀开裂加氢处理和催化重整装置中，主要是HCl腐蚀（通常称H湿硫化氢应力腐蚀开裂：氢原子进入刚才内部形成分子氢，引起钢材变形、凸起、开裂等，还可导致氢脆等。流化催化裂化装置的油汽回收工段和延迟焦化装置中，氢氰酸破坏表面氧化膜，促进氢原子进入钢材内部PH5.5-7.5环境中，湿硫化氢腐蚀性最小预防措施控制材料硬度消除焊后残余应力提高钢材纯净度表面刷涂料、采用OCr13复合板、降低PH值、注缓蚀剂2023/1/3797.4典型压力管道失效特点-化工及石化装置管道石化碳钢与低合金钢材料管道：主要包括湿硫化氢应力腐蚀开裂、胺胺腐蚀是指在胺溶剂处理工艺中，由胺溶解的酸性气体（二氧化碳和硫化氢）、胺降解产物、耐热胺盐（HSAS）和其它污染物引起管道材料腐蚀减薄（均匀与局部）和应力腐蚀开裂。胺处理装置腐蚀问题主要是不正确设计造成，表现在选材偏低，流速过高，再生塔底重沸器选型不当等，其次是操作问题。2023/1/3807.4典型压力管道失效特点-化工及石化装置管道胺腐蚀2022/12/25807.4典型压力管道失效特点-演讲完毕，谢谢观看！演讲完毕，谢谢观看！第7章压力管道的故障与失效刘华东郑州大学第7章压力管道的故障与失效刘华东7.1概述7.2压力管道常见故障7.3压力管道常见失效模式7.4典型压力管道失效特点2023/1/383主要内容7.1概述2022/12/252主要内容7.1概述7.1概述压力管道：定义：一般应用在连续性的生产过程之中，起连接动、静设备，输送介质的设备。特点：

高温、高压、低温或高真空度；

输送介质多为易燃易爆、剧毒及腐蚀性。2023/1/3857.1概述

在设计、制造、运输、安装、使用、检验、维修等各个环节都可能存在问题，导致管道的损伤、失效甚至破坏性事故时有发生。压力管道：2022/12/2547.1概述在设计损伤：

是指管道在外部机械力、介质环境、热作用等单独或共同作用下，造成材料性能下降或者结构不连续导致设备承载力下降。2023/1/3867.1概述压力管道失效（故障）：

指管道损伤到一定程度，管道功能不能发挥其设计规定或强度、刚度不能满足使用要求的状态。损伤不一定失效或发生事故，但失效或发生事故则一定存在损伤。根据其严重程度，依次为损伤、故障（失效）、事故。损伤：2022/12/2557.1概述压力管道失效（故障）压力管道失效主要从材料性能和管道应力两方面考虑：管道应力内压引起的应力、管道附件、管系膨胀、管系及阀件自重、强制安装等引起管道承受的弯曲载荷;结构不连续引起的应力集中，比如焊接裂纹振动疲劳载荷……材料性能结合工作环境分析，例如，高温下考虑材料蠕变；材料在腐蚀环境下性能恶化…….2023/1/3877.1概述压力管道失效主要从材料性能和管道应力两方面考虑：2022/17.2压力管道常见故障7.2压力管道常见故障压力管道常见故障的分类:按发生故障产生的后果或现象：泄漏、爆炸、失稳。按故障发生原因可分为：过度变形；低应力脆断；腐蚀破坏；疲劳破坏；蠕变破坏等。

按发生故障后管道失效时宏观变形量的大小可分为：韧性破坏（延性破坏）和脆性破坏两大类。按发生故障后管道失效时材料的微观断裂机制可分为：韧窝断裂、解理断裂、沿晶脆性断裂和疲劳断裂等。

2023/1/3897.2压力管道常见故障压力管道常见故障的分类:2022/12/2587.2压力管习惯上往往采用混合分类方法（以宏观分类方法为主，结合一些断裂特征：韧性破坏、脆性破坏、疲劳破坏、蠕变破坏和其它型式破坏。2023/1/3907.2压力管道常见故障压力管道常见故障有腐蚀、冲刷、裂纹（裂缝）、鼓包、变形、泄漏等。习惯上往往采用混合分类方法（以宏观分类方法为主，结合一些断裂腐蚀（corrosion）金属材料表面由于受到周围介质的作用而发生状态变化，从而使金属材料遭受破坏的现象。金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化。腐蚀会使管道整体或局部壁厚减薄，承载能力下降，造成破裂；腐蚀也会造成危害性极大的裂纹，造成管道的裂穿泄漏，严重时会造成突然破裂或爆炸。

2023/1/3917.2压力管道常见故障腐蚀（corrosion）2022/12/25107.2压冲刷管道内的介质对管壁的长期冲刷，造成管壁壁厚的减薄，当管壁的厚度不能满足强度要求时，就会在管道冲刷部位产生冲刷磨损破坏。一般在弯头、T字型接头附近较为明显。冲刷腐蚀：介质流向突然发生改变，对金属及金属表面的钝化膜或腐蚀产物层产生机械冲刷破坏作用，同时又对不断露出的金属新鲜表面发生激烈的化学或电化学腐蚀。

2023/1/3927.2压力管道常见故障冲刷2022/12/25117.2压力管道常见故障裂纹裂纹是金属材料在应力或环境（或两者同时）作用下产生的裂隙，造成结构不连续，在裂纹尖端应力存在奇异性。是导致脆性破坏的主要原因。主要来源管材制造和管道安装过程中产生的裂纹，主要包括管材扎制裂纹、焊接裂纹和应力裂纹。使用过程中产生或扩展的裂纹，包括疲劳裂纹和腐蚀裂纹。2023/1/3937.2压力管道常见故障裂纹2022/12/25127.2压力管道常见故障原始材料缺陷：把好质量关，严格按照设计标准。焊接裂纹：常存在于焊缝热影响区和焊缝交叉口、角焊缝表面缺陷处和焊缝附近。原因主要如下：可焊性；强行对接；在焊接过程中，焊条、焊剂的水分离解产生的原子氢渗入焊接金属中；焊接环境温度过低、冷却速度太快。2023/1/3947.2压力管道常见故障原始材料缺陷：把好质量关，严格按照设计标准。2022/12/疲劳裂纹：管道布置结构不合理或材料存在缺陷等造成的局部应力过高，且压力、温度频繁波动和波动幅度较大而引起的。腐蚀裂纹：是腐蚀性介质在一定压力、温度条件下，对材料造成腐蚀而逐渐形成的一种裂纹。2023/1/3957.2压力管道常见故障疲劳裂纹：管道布置结构不合理或材料存在缺陷等造成的局部应力过鼓包主要是管道材料发生塑性变形或者蠕变变形引起：管道超压；管道超温，造成材料强度下降，在正常工作压力下造成管道塑性变形；蠕变是指应力不变而应变持续增加的现象，与温度有关。蠕变后的材料组织和性能发生变化。

发生鼓包的管道，必须停止使用2023/1/3967.2压力管道常见故障鼓包2022/12/25157.2压力管道常见故障变形由于不合理或错误的设计、安装，热应力导致管道在某些位置产生很大反力和反力矩、管系振动导致管道超出允许振动控制范围，致使管道系统发生结构（或其一部分）形状改变的现象。泄漏压力管道由于管道裂纹或爆管、腐蚀变薄穿孔、法兰及阀门密封而失效等各种原因造成的介质流溢称为泄漏。2023/1/3977.2压力管道常见故障变形2022/12/25167.2压力管道常见故障7.3压力管道常见失效形式（一）失效模式分类（二）常见失效模式7.3压力管道常见失效形式（一）失效模式分类失效模式欧洲标准失效模式：短期失效模式：脆性断裂、韧性断裂、超量变形引起的接头泄漏、超量局部应变引起的裂纹形成或韧性撕裂、弹性、塑性或弹塑性失稳（垮塌）。长期失效模式：蠕变断裂、蠕变一在机械连接处的超量变形或导致不允许的载荷传递、蠕变失稳、冲蚀、腐蚀、应力腐蚀开裂、氢致开裂。2023/1/3997.3压力管道常见失效形式失效模式2022/12/25187.3压力管道常见失效形式循环失效模式：扩展性塑性变形、交替塑性、弹性应变疲劳（中周和高周疲劳）或弹一塑性应变疲劳（低周疲劳）以及环境助长疲劳。GB/T20801-2006《压力管道规范-工业管道》脆性断裂、韧性断裂、接头泄露、弹性或塑性失稳、蠕变断裂。《承压设备损伤模式识别》标准报批稿腐蚀减薄、环境开裂、材质劣化和机械损伤，共81种不同的失效模式。2023/1/31007.3压力管道常见失效形式循环失效模式：扩展性塑性变形、交替塑性、弹性应变疲劳（中周和（1）腐蚀减薄管道材料在腐蚀介质或腐蚀环境的作用下，材料被腐蚀所造成的厚度减薄。从能量角度来讲，腐蚀是一种能量转化的过程。管道的腐蚀减薄主要有盐酸腐蚀、电化学腐蚀、硫酸腐蚀、氢氟酸腐蚀、层下腐蚀、碱腐蚀、冲蚀等。2023/1/31017.3压力管道常见失效形式（1）腐蚀减薄2022/12/25207.3压力管道常见失1）盐酸腐蚀：金属与盐酸接触特征全面腐蚀或者局部腐蚀；还会伴随氯化铵腐蚀、氯化物应力腐蚀开裂；碳钢和低合金钢盐酸腐蚀时可表现为均匀减薄；介质局部浓缩或露点腐蚀时表现为局部腐蚀或沉积物下腐蚀；奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢表现为点状腐蚀，形成直径为毫米级的蚀坑，甚至可发展为穿透性蚀孔。

2023/1/31027.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄1）盐酸腐蚀：金属与盐酸接触2022/12/25217.3影响因素盐酸浓度；温度；金属种类：奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢抗蚀能力较差；蒙乃尔合金、钛（含钛合金）和镍（含镍合金）抗性较好；氧化剂：氧化剂（氧气、铁离子和铜离子）存在时，会加速蒙乃尔合金和哈氏合金的腐蚀；钛在氧化性氛围中具有优良的抗蚀能力。2023/1/31037.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄影响因素2022/12/25227.3压力管道常见失效形式易腐蚀设备碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢都有可能发生盐酸腐蚀；常压塔塔顶系统；加氢装置；废气系统的蒸馏工段；催化重整装置的废气系统、再生系统和分馏工段；氯丙烯装置中盐酸吸收塔塔底HCL入口及盐酸出口。预防措施降低盐酸浓度；材料升级或加内衬，如换成耐盐酸蒙乃尔合金、钛或者内衬非金属材料。

2023/1/31047.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄易腐蚀设备2022/12/25237.3压力管道常见失效形2）电化学腐蚀：

两种相连接的电极电位不同的材料浸入电解质液中，形成同时进行的阳极反应和阴极反应过程的腐蚀。阳极：M-ne→Mn++ne；阴极：Sk++ke→S特征：多发生在电解质液中两种材料连接处；可能发生均匀腐蚀或局部腐蚀，形成蚀坑、蚀孔、沟槽；经常伴随着土壤腐蚀。影响因素：电解质浓度；电极电位差；单一金属存在在表面涂层、钝化膜或结垢时，自身也会形成电化学腐蚀2023/1/31057.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄2）电化学腐蚀：2022/12/25247.3压力管道常见易腐蚀设备除贵重金属外的所有材料都可能会发生电化学腐蚀。使用不同材质制造的管道、管道钝化膜或涂层发生破损处、埋地管道、江河或海洋中的管道等。预防措施设计：优化设计，避免形成电化学腐蚀的材料组合，，或者采用电绝缘的方法是不同材料间不能形成电气闭合回路；相对暴露面积：增大阳极/阴极相对暴露面积，减缓阳极的腐蚀速率；涂层：为阳极材料与电解质流体接触面设置涂层或钝化膜；阴极保护：外部设置合理的保护电极。2023/1/31067.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄易腐蚀设备2022/12/25257.3压力管道常见失效形3）硫酸腐蚀：硫酸腐蚀是指金属与硫酸接触时发生的腐蚀M+H2SO4（稀）→MSO4+H2M+2H2SO4（浓）→MSO4+2H2O+SO2特征：稀硫酸：壁厚均匀减薄或点蚀，碳钢焊缝和热影响区易遭受腐蚀，在焊接接头部位形成沟槽；浓硫酸：局部腐蚀，可引起钢制管道的钝化，阻止腐蚀的进行。影响因素：浓度、流速、氧化剂、材料种类2023/1/31077.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄3）硫酸腐蚀：2022/12/25267.3压力管道常见失易腐蚀设备硫酸烷基化装置中反应器废气管线、再沸器、脱异丁烷塔塔顶系统和苛性碱处理工段。废水处理装置：分镏塔和再沸器的底部及相连管道预防措施选材：奥氏体不锈钢和哈氏合金条件允许可注入适量苛性碱中和剂2023/1/31087.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄易腐蚀设备2022/12/25277.3压力管道常见失效形4）氢氟酸腐蚀：指金属与氢氟酸接触时发生的腐蚀M+2HF→MF2+H2特征：碳钢的腐蚀表现为全面减薄或严重局部减薄，面易形成氟化亚铁垢皮；蒙乃尔合金遭受腐蚀时多表现为全面减薄，且很少有积垢现象可能有氢氟酸致氢应力开裂影响因素：介质流速、流动状态水温度铜、镍、铬等有害离子，加速腐蚀2023/1/31097.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄4）氢氟酸腐蚀：指金属与氢氟酸接触时发生的腐蚀M+2HF易腐蚀设备操作温度高于66℃的管道：泄压阀入口、小口径放气口和排气口的盲管段、位于异构体汽提塔、脱丙烷塔和氢氟酸汽提塔、丙烷汽提塔塔顶部位的管道氢氟酸烷基化装置中临氢氟酸环境的管道以及含酸火炬气管道预防措施加强监测，及时更换减薄管更换材料，如采用蒙乃尔合金控制有害离子含量2023/1/31107.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄易腐蚀设备2022/12/25297.3压力管道常见失效形5）层下腐蚀：敷设保温层等覆盖层的金属在覆盖层下发生的腐蚀。阳极反应：Me→Men++ne阴极反应：O2+2H2O+4e→4OH-（中性或碱性溶液）O2+4H++4e→2H2O（酸性溶液）特征碳钢和低合金钢：局部减薄；奥氏体不锈钢可能发生应力腐蚀开裂；铝、镁、钛、铜形成表面氧化膜；可能还会伴随有大气腐蚀、氧化腐蚀、氯离子应力腐蚀开裂。2023/1/31117.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄5）层下腐蚀：敷设保温层等覆盖层的金属在覆盖层下发生的腐蚀。影响因素：潮湿大气、海洋空气、温度（-12℃～120℃）易腐蚀设备敷设保温层等覆盖层的装置和管道的覆盖层破损处、用蒸汽等进行加温伴热的管道、法兰和其它管件的覆盖层端口预防措施防腐涂层选材：可选用耐候钢、不锈钢；控制覆盖层质量环保操作温度2023/1/31127.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄影响因素：2022/12/25317.3压力管道常见失效形6）碱腐蚀：高浓度的苛性碱或碱性盐，或因蒸发及高传热导致的局部浓缩引起的金属腐蚀特征局部浓缩致碱腐蚀表现为局部腐蚀垢下局部腐蚀具有隐蔽性水汽界面的介质浓缩区域在腐蚀后形成局部沟槽温度高于79℃的高强度碱液可导致碳钢的均匀腐蚀还可能伴随有蒸汽阻滞。影响因素碱浓度温度2023/1/31137.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄6）碱腐蚀：高浓度的苛性碱或碱性盐，或因蒸发及高传热导致的局易腐蚀设备常减压蒸馏装置原油进料注碱部位管道常减压蒸馏装置预热器、加热炉炉管和转油线内的注碱部位采用碱进行产品脱硫装置的管线预防措施优化设计：降低浓度优化注碱设施：注碱设施应能对注入碱和介质进行有效的混合，避免碱在高温部位发生浓缩；在66℃以上的高浓度碱液环境中尽量避免选用碳钢和奥氏体不锈钢，选用抗性较好的蒙乃尔合金和一些镍基合金2023/1/31147.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄易腐蚀设备2022/12/25337.3压力管道常见失效形7）冲蚀：指固体、液体、气体及其混合物的运动或相对运动造成的表面材料机械损耗。其损伤机理为流体剥离金属表面层或腐蚀产物，暴露新鲜金属表面。特征短的时间内造成局部严重腐蚀。典型情况有腐蚀坑、沟、锐槽、蚀孔和波纹状形貌，具有一定的方向性。影响因素材料硬度介质流速、介质相态、介质颗粒尺寸及密度和硬度2023/1/31157.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄7）冲蚀：指固体、液体、气体及其混合物的运动或相对运动造成的易腐蚀设备管道系统：弯头、三通、异径管部位，以及调节阀和限流孔板的下游部位催化裂化装置催化剂处理系统，焦化装置的焦炭处理系统，尤其是泵、压缩机和旋转设备。常减压装置管道可能同时发生环烷酸腐蚀/冲蚀采油装置泥浆输送管道系统预防措施优化设计：降低流速、采用流线型弯头选材：耐蚀金属或合金、表面处理、增加衬里、工艺改进：介质除气、旋风分离除固、注入冷凝液或抑制剂。2023/1/31167.3压力管道常见失效形式-腐蚀减薄易腐蚀设备2022/12/25357.3压力管道常见失效形（2）环境开裂指构件材料在介质或环境作用下发生的开裂非应力导向开裂应力腐蚀开裂：金属材料在拉应力和特定腐蚀介质的共同作用力、材料、腐蚀介质呈枯树枝状（开杈），大体上沿着垂直于拉应力的方向发展。裂纹的微观形态有穿晶型、晶间型（沿晶型）和二者兼有的混合型。2023/1/31177.3压力管道常见失效形式（2）环境开裂2022/12/25367.3压力管道常见失1）氯化物开裂2）碱应力腐蚀开裂3）氢脆4）湿硫化氢破坏5）高温水应力腐蚀开裂2023/1/31187.3压力管道常见失效形式1）氯化物开裂2022/12/25377.3压力管道常见失2023/1/31192022/12/25381）氯化物开裂：奥氏体不锈钢及镍基合金在拉应力和氯化物溶液的作用下发生的表面开裂特征为材料表面发生开裂，无明显腐蚀减薄，微观特征多呈树枝状，金相观察可观察到明显的穿晶特征。影响因素温度增加，开裂倾向增加氯离子能自动浓缩聚集镍含量在8%～12%，易腐蚀；大于35%，不易产生裂纹；超过45%，几乎不发生氯化物开裂铁素体不锈钢比奥氏体不锈钢具有更高的抗氯化物应力腐蚀能力；碳钢、低合金钢不敏感。2023/1/31207.3压力管道常见失效形式-环境开裂1）氯化物开裂：奥氏体不锈钢及镍基合金在拉应力和氯化物溶液易腐蚀设备加氢反应后物料运储的管道，如果在停车后没有针对性清洗，氯化物应力腐蚀开裂的敏感性升高；保温棉等绝热材料被水或其他液体浸泡后，可能会在材料外表面发生层下氯化物应力腐蚀开裂锅炉的排水管预防措施选材：使用具有抗氯化物应力腐蚀裂纹能力的材料；水质：当用水进行压力试验时，应使用含氯量低的水，结束后应及时彻底烘干；涂层：材料表面敷涂涂层，避免材料直接接触介质流体；2023/1/31217.3压力管道常见失效形式-环境开裂易腐蚀设备2022/12/25407.3压力管道常见失效形结构设计：尽量避免可能导致氯化物集中或沉积，尤其是应避免介质流动死角或低流速区；消除应力：对奥氏体不锈钢制作的工件宜进行固溶处理；对稳定化奥氏体不锈钢可进行稳定化处理以消除残余应力；若只进行消除应力热处理，应同时考虑该热处理可能带来的敏化和变形、热疲劳开裂等因素表面要求：降低材料表面粗糙度，防止机械划痕、碰伤和麻点坑等，减少氯化物积聚的可能性，降低开裂敏感性。2023/1/31227.3压力管道常见失效形式-环境开裂结构设计：尽量避免可能导致氯化物集中或沉积，尤其是应避免介质2）碱应力腐蚀开裂：指暴露于碱溶液中的管道表面发生的应力腐蚀开裂特征多数发生在未经消除应力热处理的焊缝附近裂纹一般呈蜘蛛网状的小裂纹可能伴随有胺应力腐蚀开裂、碳酸盐应力腐蚀开裂影响因素浓度，5%为门槛值浓缩条件时（如：干湿交替、局部加热或高温吹汽等），50～100ppm的碱浓度就足以引起开裂温度，46℃门槛值应力2023/1/31237.3压力管道常见失效形式-环境开裂2）碱应力腐蚀开裂：指暴露于碱溶液中的管道表面发生的应力腐蚀易腐蚀设备碱处理的管线：脱H2S和脱硫醇装置，硫酸烷基化和氢氟酸烷基化装置中的管线、热设置不合理的管线预防措施合理选材焊后热处理对未焊后热处理过的碳钢管线在蒸汽吹扫前应水洗，避免直接进行蒸汽吹扫，或只使用低压蒸汽进行短时间吹扫，缩短暴露时间优化设计和注入操作来使碱在进入高温原油预热系统前能够与原油充分混合2023/1/31247.3压力管道常见失效形式-环境开裂易腐蚀设备2022/12/25437.3压力管道常见失效形3）氢脆：原子氢渗入高强度钢造成材料韧性降低，发生脆性断裂的过程发生条件钢或合金中的氢达到临界浓度钢及合金的强度水平和微结构对脆断敏感；应力高于氢脆开裂的临界应力。特征一般不会发生显著的塑性变形材料断裂韧性急剧降低厚壁部件更容易发生氢脆；材料强度增加，氢脆的敏感性增加可能伴随有湿硫化氢破坏、氢氟酸致氢应力开裂2023/1/31257.3压力管道常见失效形式-环境开裂3）氢脆：原子氢渗入高强度钢造成材料韧性降低，发生脆性断裂的易腐蚀设备催化裂化装置、加氢装置、胺处理装置、酸性水装置和氢氟酸烷基化装置中在湿硫化氢环境下服役的碳钢管线属于易产生氢脆的部位。预防措施选用低强度钢，采用焊后热处理降低残余应力和硬度选用低氢焊材，并使用干电极和预热工艺。对在高温临氢环境下工作的管线，停工时必须先降压后降温，开工时必须先升温后升压；对管线内部施加涂层、堆焊不锈钢或设置其他保护衬里。2023/1/31267.3压力管道常见失效形式-环境开裂易腐蚀设备2022/12/25457.3压力管道常见失效形4）湿H2S破坏：指在含水和硫化氢环境中碳钢和低合金钢所发生的损伤过程：特征氢鼓泡：钢材表面形成独立的小泡氢致开裂：在钢材内部形成与表面平行的台阶状裂纹，裂纹沿轧制方向扩展应力导向氢致开裂：一般发生在焊接接头的热影响区部位硫化物应力腐蚀开裂：在焊缝热影响区表面起裂，并沿厚度方向扩展2023/1/31277.3压力管道常见失效形式-环境开裂4）湿H2S破坏：指在含水和硫化氢环境中碳钢和低合金钢所发生影响因素pH小于4，且溶解有硫化氢时易发生湿硫化氢破坏；pH值大于7.6，且氢氰酸浓度>20ppm并溶解有硫化氢时湿硫化氢破坏易发生；硫化氢浓度>50ppm，或潮湿气体中硫化氢气相分压大于0.0003MPa时湿硫化氢破坏容易；氢鼓泡、氢致开裂、应力导向氢致开裂损伤发生的温度范围为室温到150℃，硫化物应力腐蚀开裂通常发生在82℃以下。硬度影响硫化物应力腐蚀开裂，而对氢鼓泡、氢致开裂和应力导向氢致开裂损伤无影响。提高钢材纯净度能够提升钢材抗氢鼓泡、氢致开裂和应力导向氢致开裂的能力2023/1/31287.3压力管道常见失效形式-环境开裂影响因素2022/12/25477.3压力管道常见失效形式提高钢材纯净度能够提升钢材抗氢鼓泡、氢致开裂和应力导向氢致开裂的能力；焊后热处理可以有效地降低焊缝发生硫化物应力腐蚀开裂的可能性，并对防止应力导向氢致开裂起到一定的减缓作用，但对氢鼓泡和氢致开裂不产生影响；溶液中硫氢化铵浓度超过2%（质量比）会增加氢鼓泡、氢致开裂和应力导向氢致开裂的敏感性。溶液中含有氰化物时，会明显增加氢鼓泡、氢致开裂和应力导向氢致开裂损伤的敏感性。2023/1/31297.3压力管道常见失效形式-环境开裂提高钢材纯净度能够提升钢材抗氢鼓泡、氢致开裂和应力导向氢致开易腐蚀设备常减压装置、加氢装置、催化裂化装置、延迟焦化装置、制硫装置的轻油分馏系统、酸性水系统的管线，以及未采用抗氢致开裂钢制造的管线都会产生硫化氢破坏现象。预防措