导航：安全管理网>> 安全论文>> 化工安全论文>>正文

公用热力管道缺陷成因分析及安全评定

文档作者：朱志彬文档来源： 1福州大学化学化工学院 2厦门市特种设备检验检测院		点击数：	更新时间： 2021年07月17日
下载地址：点击这里	文件大小： 503.23 KB 共4页	文档格式： PDF	下载点数： 1 点（VIP免费）

全屏查看

内容预览 [文件共4页]

本文件共4页，如需编辑使用，请下载。

注：预览效果可能会出现部分文字乱码（如口口口）、内容显示不全等问题，下载是正常的。

	文件大小：503.23 KB 共4页文件格式：PDF 下载点数：1 点（VIP会员免费）

下一篇：关于加强石油管道安全管理的探讨

上一篇：高压天然气管道安全风险评估案例分析

文本预览

仅提取页面文字内容，供快速阅读使用。

·34·
l妇rial 工业安全与环保 2011年第37卷第2期 Safety and Environmental Protection Febnm珂2011
公用热力管道缺陷成因分析及安全评定
朱志彬。’。
(1福州大学化学化工学院，福建，福州，350108：
2厦门市特种设备检验检测院，福建，厦门，361004)
摘要介绍了某热电厂公用热力管道全面检验中发现的裂纹和未焊透两类缺陷。通过受力分析计算出管道在运行
状态下的应力分布状况，详细分析了螺旋缝埋弧焊钢管在制造过程中产生裂纹的各种因素，指出应该重视焊接钢管的焊接
质量检测。利用G蛐％24--2004(在用含缺陷压力容器安全评定>中给出的压力管道直管段体积缺陷安全评定方法，对环
焊缝上适用范围内的未焊透缺陷进行安全评定，结果表明，在正常使用工况下该缺陷未发生扩展时是安全的。
关键词压力管道裂纹未焊透缺陷安全评定
‰AI蛐and蝴血蹬跚堆m for Del'ect 0f cI聊咖Thermal Pilx洫
删：压ibinl，2
(1．School Ofl Chemi C81 I一：ngi neering，Fuzhou Uni VOFSi Ly Fuzhou，Fujian 350108)
Al嘲喇Tllis paper inu仇luees the∞Iek alld rloll—pe删略weld ddee协fo吼ded in overdl i嗍删∞for删'删l m唧ll丑I两，el血le8 in
&amp;amp;妇Inalpowerplant．Byforce arIal蛐，蜘di5hi觚m蛐l划口咖liIlg《蜊岫is cal咄t。d．1he谢叫删栅0f口lcl【脚州
知m瑚m蠡曲-Ⅱ{崦pI∞嘲for即iIal“叫bn精伊一舭welding pipelines a舱矾alped in妇n．矗lldi唱棚t lII砒the平lality iIl删m of 训删be valued．BB8e帆枞蜘v妇detectsin州出岬断№inG咖㈣“蜘k暇删forIn
一鲫i∞h嘲nVemls C0岫|iIliIIgDefects”，tIIc咖棚暇删0fnon-pe恤咄他U ddectin dl聊d翻鼬谢dis∞lld删
andme捌It has showntII砒itwill be safeinthe酬盯酬∞跏ciftheddeet does’ta删．
K毋W袖p毯睨Ⅱe p；p．出l侍era&amp;amp;l跏一pe啦蜘蒯h塔w剐d幽t 咖瑚比田lll曙吐
e引言
公用热力管道是用来输送蒸气或过热水等热能介质、供
给公共和民用设施、城市或村镇使用的管道。它具有温度
高、压力大、流速快等特点，其任务是将锅炉产生的热能既经
济合理又安全可靠地送达各热能使用点，以满足生产、生活、
采暖和空调等热源的需要。近年来，随着大量管道投入使用
时间的延长而出现失效，热力管道的事故时有发生。
l检验情况描述
某热电厂向外供汽用的公用热力管道，设计压力为P=
1．27 MPa，设计温度为t=210℃，管道内输送介质为蒸汽。
该管道部分沿路面铺设，部分埋地敷设，建成投用4年后首
次进行全面检验。主管线中有一管段为螺旋缝埋弧焊钢管
(标准号为SYfrS037--2000)，规格为D426X8，材料为Q235B，
对铺在地面上6根同一批螺旋缝埋弧焊钢管的螺旋焊缝进
行外表面磁粉检测，在每根钢管的焊缝热影响区均发现大量
连续或间断的直线状表面细小裂纹，裂纹走向大致与焊缝平
行，深度较浅，裂纹总长度将近30 m，其中一根12 m长钢管
上裂纹长度与整条焊缝相等。通过超声波检测该管道另一
直管段(材料为20。)上的3个环向对接接头均发现存在未
焊透缺陷，其中最严重未焊透缺陷的周向指示长度为200
姗，高度为4蚴。检测后对外表面所有裂纹进行打磨消
除。
2钢管受力情况分析
通过有限元方法对螺旋缝埋弧焊钢管的受力情况进行
分析和强度校核。低压供汽管道承受的主要载荷包括．Or质
田l考虑温庄场分布管道应力丹布云田
3 螺旋缝埋弧焊钢管裂纹成因分析
资料审查发现，管道的质量证明书中管道规格为D426 x
9一，由2个不同制造厂家提供，而‘低压流体输送管道用螺
旋缝埋弧焊钢管>sY／115037_2000标准中只有D426×8．8
咖的规格，且厚度尺寸与现场实测数据不一致；再从管道运
行中的受力分析结果及现场发现裂纹的分布特点可以判断。
该裂纹应为管道制造过程中由于工艺不当等原因在焊缝热
万方数据
35
影响区产生的细小微裂纹，投入运行后由于载荷等外界因素
的影响产生一定的扩展。
在螺旋缝埋弧焊钢管的制造过程中，焊接原材料和工艺
条件控制不当等因素会促使焊缝产生裂纹。钢管原材料(包
括板材、焊材)中c、S、P、H、O等元素含量超标及板材与焊
丝、焊剂的工艺匹配不合理，会导致焊缝抗裂纹能力下降，易
造成应力集中区裂纹的产生。焊趾部位是主要的应力集中
区，因而易形成焊趾裂纹。管道成型控制不好或母材变形量
不足，弹复量过大，以及焊接时焊接参数选择不当等，都可造
成焊趾部位应力增大而形成裂纹。
母材化学成分对产生热裂纹的影响是较大的。C是一
个影响焊缝金属性能的最重要的元素，但对抗裂性能来说却
是一个极有害的杂质，临界C含量(即超过此含量就会出现
裂纹)取决于构件的结构、有无预热、焊缝形状及其他元素的
含量。S在钢中是一个有害元素，焊缝金属中含s量提高，
极大地提高了热裂趋向。含s量高时会形成熔点很低(988
℃)的共晶Fe—FeS，在焊缝金属几乎都结晶后它们仍以液膜
形式分布于柱状晶间，极易拉断形成裂纹。P与S相似，会
生成低熔共晶，促使热裂趋向提高。Q'235B和X52钢化学成
分分析见表1。
表1 Q躞m、)i昭钢的化学成分
材质钢管规格／(。。×一) 钢管标准生产厂家————————燮坌!垦量!垡!竺一
C Si Mn P S
Qr235B 0325×7 SY／'I'5037 攀钢0．19 0．22 0．46 0．010 0．32
X52 0426×7 API SPEC 5L 武钢0．11 0．24 0．99 O．011 0．007
从表1中可见，X52钢的c、P、S等偏析元素的总含量明<管检规>)对管道安全等级进行评级。受检管段材料为
显低于Q235B，所以在生产中使用Q系列钢比使用x系列管20'，未焊透缺陷按局部减薄定级，公用热力管道按C．C2级
线钢内焊出现热裂纹的几率要高得多。因此，螺旋缝埋弧焊以下管道的要求评定。<管检规)对C．C2或GC3管道所允许>(以下简称
所检管段外径实测最大值D=426 mm；查腐蚀手册介质
对管道的腐蚀速率取0．05 lena，周期腐蚀量为o．15，壁厚
测量值为7．8 mm，故t=7．5 nml；未焊透缺陷深度为4姗，
长度B为200 neh，曰／(柏)≤0．25；最大工作压力P=1．27
MPa；Rd,=245 MPa；计算得管道极限内压尸Io=10．14 MPa，尸<
0．3Pm=3．04MPao所以未焊透深度为4-mm>0．40t—C，故受
检管道象全等级评为4级，应停止使用并对缺陷进行修复。
5 利用压力管道直管段体积缺陷安全评定方法进行评定
由于公用热力管道涉及用户较多，若停机返修时间太
长，必然造成较大损失，致使受检企业无法承受。对于一时
无法紧急停机的情况，基于“合于使用?的原则采用安全评定
的方法对某些超标缺陷的状况进行评定，可在一定期限内保
证管道的安全运行，为企业赢得安排修理改造的时间。
GB／T19624--2004(在用含缺陷压力容器安全评定)中给
出了压力管道直管段体积缺陷安全评定方法，该方法是对
在内压和弯矩的组合载荷作用下，含气孔、夹渣和局部厚度
减薄等体积缺陷及特定未焊透缺陷的钢制在役压力管道直
管段的安全评定方法。受检管段材料20‘在实际使用工况
中无脆化倾向，塑性韧性良好，满足GB／T19624--2删,(在用
含缺陷压力容器安全评定》附录H．3的适用条件，可以用基
于塑性极限载荷的方法研究未焊透对该管段安全性能的影
响。
5．1缺陷的规则化及无量纲化处理
对经检验查明的未焊透缺陷，根据其实际位置、形状和
尺寸，按图2所示，将其规则化为轴向半长月、环向半长口、
深度c的表面缺陷。
万方数据
·36·
图2 未焊透缺陷表征示意
对经规则化处理得到的未焊透缺陷尺寸，按如下公式进
行无量纲化处理：相对轴向长度口=A／C--面r。未焊透缺陷
宽度约为2哪，故A取1 nml，计算得口=0．03；相对环向长
度b=B／(嘁)(对于外表面缺陷)，b=B／(嘁)(对于内表
面缺陷)。受检管道缺陷环向半长B；100 nml，计算得b=
0．16；相对深度c=C／T=0．67。
根据评定标准中的计算方法，无缺陷管道在纯内压下的
塑性极限内压P旅据公式PLO=丢口，h害进行计算，代入
相关数据得PLo=10．14 MPao在纯弯矩下的塑性极限弯矩
M旅据公式Mm=40"盛{里进行计算，代人相关数据得
Mto=2 957 kN。mo
5．2免予评定的判别
如果未焊透缺陷能同时满足下列条件，则该未焊透缺陷
可免于评定：①管道结构符合设计制造要求；②P。／P∞《
O．3；③局部减薄或未焊透相对深度CO不超过表3规定的容
限值(co=[c+(％一r)]／％)。
受检管道未焊透缺陷满足免于评定的前2个条件①和
②，但CO=[4+(8—6)]／8=0．75>O．45，故不满足条件③，应
对该缺陷进行安全评定。
裹3 压力管道局部减薄与未焊透缺陷容限值
5．3 含缺陷管道在纯内压和纯弯矩下的塑性极限载荷的确
定
含缺陷管道在纯内压下塑性极限内压PlS=PIs×Pm，式
中pts=0．95-0．85A，卡f算得pts=O．936，Pts=9．49 MPao
纯弯矩下的塑性极限弯矩Mrs=IT／,Ls×Mm，式中打l璐=
COil《譬)一cm，)hb)，计算得t／I,峙=o．993，肘Ls=2936 kN·m。
5．4未焊透缺陷安全性评价
若式(乇)2+(惫)2≤o．44成,-'r，则该缺陷是安全或
可以接受的；否则，认为不能保证安全或不可接受。式中P
为内压载荷，本文P取设计压力值1．27 MPa。M为管道最
大弯矩，受检管道未受外力作用，且设计有膨胀节，故管道最
大弯矩膨为管道支架中间位置由重力载荷口引起的弯矩
值[¨，肘=警，式中z为管道支架跨度，最大为12 m，计算得
M=14．55 kN·m。
代人上式得：(忐)2 4-(稳)2=(舄)2+(篆)2=
0．018<0．44，故该未焊透缺陷是安全或可以接受的。
6结论及建议
(1)通过对螺旋缝埋弧焊钢管裂纹成因分析可以看出，
除焊接原材料和工艺条件等因素是导致螺旋焊管焊缝产生
裂纹的直接原因外，制造厂的质保体系未能依照TSGZ0004
<特种设备制造、安装、改造、维修质量保证体系基本要求》给>中附录H给出的压力管道直管段体积缺陷
安全评定方法，对检验发现的按质量控制标准判为超标且相
对比较严重的缺陷进行了缺陷评定，符合安全要求。与常规
方法仅依据《管检规>中的定级标准直接判废返修相比较，按
照“合于使用”原则的缺陷评定方法大大减少了切割、焊接
返修与返修后的工作量，达到既保证安全又经济实用的根本
目的。此外。未焊透引起的应力集中可能导致尖端处产生裂
纹扩展，特别是当介质对管道材质具有腐蚀性、且载荷变化
频率较高时，裂纹扩展极快，容易产生疲劳断裂失效。因此，
在压力管道的使用过程中，应加强对管道未焊透缺陷的监测
工作，及时掌握缺陷的扩展状况，这对确保压力管道安全运
行尤其重要。
(3)文中只涉及对螺旋缝埋弧焊钢管焊缝的外表面裂纹
进行处理，还应检测钢管内表面焊缝的缺陷情况，结合有限
元计算和断裂力学评定方法对带缺陷钢管进行安全评定，必
要时对钢管进行修理更换。
(4)在管道的母材表面缺陷中，表面裂纹难以发现且危
害极大，定期进行压力管道检验检测是实现管道安全运行与
管理的重要措施，在检验检测过程中应重视表面无损检测，
在严格按照《管检规>进行检测的基础上应根据实际情况适
当增加焊接接头的表面检测比例。通过检验发现管道中的
缺陷并进行风险评价，按照规定的程序方法对旧管道进行修复(Renovation)、修理(Repair)及更换(IIepla删)，被称之为
3R技术；经过方案比较可以发现，主动进行有计划的“修复?
比管道事故后的“修理”代价小得多，有效地避免了恶性事故
的发生，大大地提高了社会效益和经济效益。
参考文献
[1】沈松泉．压力管道安全技术[M】．南京：东南大学出版杜．2000．
作者简介朱志彬，男．1979年生，在读博士研究生。工程师．主要从
事特种设备的安全检测及评价工作。
(收稿日期：2010一睨一∞)
万方数据
公用热力管道缺陷成因分析及安全评定
作者： 朱志彬， ZHU Zhibin
作者单位： 福州大学化学化工学院,福建,福州,350108;厦门市特种设备检验检测院,福建,厦门,361004
刊名：
工业安全与环保
英文刊名： INDUSTRIAL SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION
年，卷(期)： 2011,37(2)
参考文献(1条)
1.沈松泉压力管道安全技术 2000
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gyaqyfc201102015.aspx</管检规>

网友评论 more

化工安全论文最新内容

03-11