文档介绍：压力容器与管道失效分析和安全评价
李鹤林院士报告
李鹤林张平生路民旭
1、压力容器和管道主要失效模式和原因
失效模式是失效的表现形式。
一般认为压力容器与管道的失效模式主要包括:断裂、变形、表面损伤和材料性能退化四大类。
考虑到压力容器与管道的特殊性,添加了爆炸和泄漏两种。
爆炸和断裂两种失效模式的后果是灾难性的。
主要失效模式
爆炸
断裂
泄漏
过量变形
表面损伤、金属损失
材料性能退化
物理爆炸:物理原因(温度、内压)使应力超过强度
化学爆炸:异常化学反应使压力急剧增加超过强度
脆性断裂:应力腐蚀、氢致开裂、持久(蠕变)断裂、低温脆断
韧性断裂
疲劳断裂:应力疲劳、应变疲劳、高温疲劳、热疲劳、腐蚀疲劳、蠕变疲劳
密封泄漏:充装过量(冒顶)
腐蚀穿孔、穿透的裂纹或冶金、焊接缺陷(满足LBB条件)
过热、过载引起的鼓胀、屈曲、伸长、凹坑(dent)
蠕变、亚稳定相的相变
电化学腐蚀:均匀腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、沉积物下腐蚀、溶解氧腐蚀、碱腐蚀、硫化物腐蚀、氯化物腐蚀、硝酸盐腐蚀
冲蚀、气蚀
高温氧化腐蚀、金属尘化或灾难性渗碳腐蚀、环烷酸腐蚀
外来机械损伤:油气长输管线的主要失效模式之一
辐照损伤脆化
金相组织变化:珠光体球化、石墨化、S相析出长大、渗碳、渗氮、脱碳、回火脆化与敏化、应变时效
氢致损伤:氢腐蚀、氢脆(微裂纹)、堆焊层的氢致剥离
压力容器与管道主要失效模式
主要失效原因
大量统计资料表明,压力容器与管道的主要失效原因包括运行操作、管理、设计制造、检测维修和外来损伤等方面。
重大事故可定性为:责任事故或设备事故。
压力容器与管道主要失效原因
责任事故
设备事故
运行操作:违反操作规程、介质超标
管理:缺少现代安全管理体系、职工素质教育差
检测维修:严重损伤未能被检测发现或缺少科学评价、不合理的维修工艺(尤其是停工状态的维修)
设计制造:设计缺陷、选材不当、用材错误、存在超标焊接或冶金缺陷、焊接或组装残余应力过大
外来损伤:外来机械损伤、地震、洪水、雷击、大风等
2、压力容器与管道典型失效案例
爆炸分为物理爆炸和化学爆炸。
物理爆炸是指物理原因(温度、压力)使容器或管道的工作应力超过极限强度。
化学爆炸是指异常化学反应使压力急剧增加引起的。一般是由于可燃性气体与空气的混合达到了爆炸极限范围,或是放热化学反应失控。
两者可以通过爆炸能量的估算进行区分。
典型爆炸事故案例
西安“3·5”液化石油气站特大爆炸事故
1998年3月5日,西安液化石油气站2个400 m3球罐发生特大爆炸事故。
事故过程为:下午4:40发现1号球罐下部排污管道法兰泄漏,虽然消防战士和职工奋力抢救,但由于没有先进的堵漏技术,泄漏持续约3h,整个厂区充满了石油气,配电间电火花引爆,形成厂区大火,使球罐温度急剧升高,最终物理爆炸。
法兰泄漏与一只紧固螺栓的疲劳断裂有关。事故性质确定为设备事故。
四川七桥输气站“7·18”爆炸事故等
1998年7月18日,四川大天池气田天然气管线七桥输气站分离器管道发生特大爆炸事故。
事故过程:7月17日在修复泄漏的法兰后,进行用天然气置换管道系统内的空气作业,,远大于技术标准要求的小于5m/s,随后工作人员发现管道有升温、升压现象,进行了水冷降温和放空处理,效果不明显,在打开管道系统的一个阀门时发生了管道弯头处的爆炸。
爆炸管道弯头为20钢273×9无缝管弯制,材质正常。大的爆炸碎片有6块,,飞出318m远。爆炸源区断口为塑性剪切,壁厚明显减薄,快速断裂区断口有人字纹,尖端指向源区。管道内发现有硫化铁产物。为了确定爆炸性质,在现场调查的数据基础上,进行了爆炸能量的估算,确认该事故为化学爆炸,是管道内天然气与空气混合达到爆炸极限,起因是管道内有氧存在使硫化物自燃。
1997年大庆油田、1998年中原油田发生的两起注天然气压缩机出口管爆炸事故,均为天然气的化学爆炸,与七桥事故相似。
“6·27”特大火灾爆炸事故
1997年6月27日北京东方化工厂罐区发生了特大火灾爆炸事故,死亡20余人。
经过事故调查结论为:石脑油A罐“装满外溢”蒸发,造成大面积的石脑油气的爆炸、爆燃、燃烧,最后引起乙烯B罐的爆炸。
石脑油A罐“装满外溢”(“冒顶”)是整个事故的起因,显然应属于违章操作引起的责任事故。
20世纪90年代美国发生了一起丁二烯铁路罐车的灾难性爆炸事故。罐车长19m,外径305 4mm,,,容积127m3。