失效事故PPT课件.ppt

1 在役输气管道失效与事故 2 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 1 1主要失效模式 3 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 4 1 2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 5 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 2 1典型爆炸事故案例 7 2 1 1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400m3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 8 2 1 2四川七桥输气站 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 置换气流速度为20 6m s 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 最重的为18 8kg 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 2 2氢腐蚀 高温氢侵蚀 引起的蒸汽管道爆管事故 2 2 1氢腐蚀 高温氢侵蚀 机理 氢腐蚀是蒸汽管道 锅炉管与石油化工临氢高温装备中较常见的失效模式 这种失效模式可能没有明显的腐蚀现象 但是材料性能严重退化 事故的隐患已经存在 在氢处理 重整 加氢裂化等装置中 温度超过260 氢的分压大于689kPa 就有可能发生氢分子在钢的表面分解为原子氢而发生腐蚀 氢腐蚀是原子氢进入钢铁材料 并与碳化物反应生成甲烷 Fe3C 4H 3Fe CH4 由于甲烷的分子尺寸大而不易扩散 会使甲烷在晶界或相界面等处聚集产生局部高压 形成微裂纹 进而材料脆化 蒸汽管道中发生氢腐蚀的条件为蒸汽压力3 19MPa 蒸汽温度为315 510 并且要由腐蚀过程的阴极析氢及腐蚀过程所促进的 汽水反应 3Fe 4H2O Fe3O4 8H 提供原子氢的来源 10 2 2 2蒸汽管道爆管事故 1994年 1995年油田发生3起稠油热采用注蒸汽管道的爆管事故 损失达3000万元 湿蒸汽发生器 直流式锅炉 炉管同样发生多起爆管事故 事故中管道使用寿命最短的仅有43天 一般为一年左右 注蒸汽管道材料为20g 管道尺寸为 127 14 蒸汽温度318 354 压力11 17MPa 给水中含氧量为2mg l 并含有氯离子为210mg l 均远远高于技术要求 试验分析的主要结果为 断口为脆性 厚唇状 并为 窗口式 管内壁局部腐蚀严重 腐蚀坑底脱碳层达3mm深 脱碳层内有大量晶界网状微裂纹 定氢试验可以显示出10 7mg l高的氢含量 材料冲击韧性很低 仅为10J 这些结果均说明失效为氢腐蚀机制 采取的预防措施有 进行锅炉给水的彻底除氧 采用铬钼低合金钢管 如15CrMo或12Cr1MoV 以增强氢蚀抗力 同时改进焊接工艺 加大管道补偿器弯曲半径 进行焊前预热和焊后热处理 减少环焊缝等部位的残留应力 通过几年运行 事故不再发生 11 2 2 3氢腐蚀失效预防措施 石油精炼工艺或临氢装置在260 以上不能使用碳钢 应依照Nelson曲线选用不同等级的铬钼钢 因为铬钼可以提高碳化物的稳定性 防止氢腐蚀发生 应尽量减少钢中碳含量 以提高抗氢腐蚀能力 由于焊接热影响区是氢腐蚀的敏感区 应当进行焊后热处理 使用低合金铬 1 3 钼钢时对在370 540 长期运行引起的回火脆性 韧 脆转化温度上升 应当充分重视 引起回火脆性的元素 Mn Si P S As Sn Sb 含12 Cr以上的合金钢 奥氏体不锈钢不存在氢腐蚀问题 可以作为内壁衬里或堆焊材料 但是应当从选材 堆焊工艺及运行工艺方面防止堆焊层与母材界面发生的氢剥离以及连多硫酸SCC问题 2 3湿硫化氢环境腐蚀开裂引起的重大事故 2 3 1湿硫化氢环境腐蚀开裂机理 湿硫化氢环境促进钢的氢致开裂有多种形式 包括硫化物应力腐蚀 SSC 氢鼓泡 HB 台阶状氢致开裂 HIC 应力导向氢致开裂 SOHIC H2S的存在可以抑制分子氢的形成 促进原子氢向金属内部扩散 湿硫化氢环境发生的反应有 硫化氢在水中发生离解 钢在硫化氢的水溶液中发生电化学反应 阳极反应 阴极反应 一般认为高强度钢硫化物应力腐蚀 SSC 在80 以下温度发生 13 2 3 2硫化物应力腐蚀引起的管道爆裂事故 四川天然气管道曾经发生多起硫化物应力腐蚀引起的爆裂事故 其中一起发生在1995年底 泄漏的天然气引起了火灾 管道为720 8 16mm螺旋焊管 工厂压力1 9 2 5MPa 事故管段已经运行16年 爆口长度1440mm 沿焊缝扩展 管道内壁腐蚀轻微 断口无明显减薄现象 经过试验分析 结论为硫化物应力腐蚀引起 与天然气中含有H2S及补焊工艺不合理使焊缝产生了马氏体组织和高的残余应力有关 14 2 3 3美国某炼油厂乙醇胺H2S吸收塔爆炸事故 1984年7月美国Lemont炼油厂乙醇胺H2S吸收塔发生爆炸 18 8m高吸收塔上部14m长的一段飞离原地1km 调查结论为环焊缝修复焊接工艺有误 出现了对HIC敏感的马氏体组织 硬度HRC40 48 屈服强度达477MPa 裂纹呈之字形扩展并穿透容器导致了事故发生 该次事故曾经引起了国际上的普遍重视 例如Exxon公司对分布在美 加 日三国炼油厂中的189台装备进行了检测 结果表明在湿H2S含量大于50mg l的压力容器中确实存在许多裂纹 15 2 3 4湿硫化氢环境钢的腐蚀开裂的措施 控制材质及焊缝和热影响区硬度小于HRC22 进行焊区热处理 减少焊接残余应力 提高材料冶金质量 尽可能减少硫 磷含量 小于0 01 及锰含量 小于0 5 适当提高铜