冯宝印 胥涛 马义海
兰州石化公司炼油厂 730060
摘要：炼油制氢气生产设备以甲烷氢为主要原料，以液化石油气为备用原料（主要用于甲烷氢封堵事故），水蒸汽转化法和变压吸附法提纯的支撑设备和中压加氢装置提供氢气。在公司对管道运行进行例行检查的过程导致在阀门附近的换热器出口管与大、小管之间的短焊缝中出现介质泄漏。 针对出口管道故障，本文主要讨论出口管道故障的机理和原因，并提出对策。
关键字：制氢装置 不锈钢管道 失效分析 防范对策
一．工程背景及研究意义
压力管道是用于输送气体和液体的管道设备。压力管象征着化学主动脉的支撑作用。广泛用于石油，能源，化工，环保，航空，医药等工业领域。在运输过程中，由于媒介腐蚀，环境影响和应力集中等原因导致的低应力疲劳会最终导致管道泄漏和损坏。事故安全不仅严重影响压力管道的正常运输，而且给个人和财产造成不可估量的损失，更严重的是，它对国民经济和人民生活产生重大影响。随着工业的快速发展，对压力管道的需求也在增加，但是在压力管道的使用过程中，由于各种原因偶尔会发生泄漏和损坏，这产生了严重的影响。我们也越来越注意压力管道的安全性。
因此，分析压力管道出口管的有效性并提出相应的补救措施，对于公司提供日常工业生产过程的维护经验，防止安全事故的发生是非常重要的。
二．关于炼油制氢装置换热器出口管线失效类型分析
在出口管道的日常使用中，故障类型很复杂，通常几种不同的故障模式会叠加在一起，这属于复合失效故障。以下是在出口管道的工业生产中经常发生的某些类型的失效障碍。
2.1延性失效
出口管的延性断裂是一种断裂形式，其中在压力作用下管壁产生的应力导致断裂超出材料的强度极限。发生塑性断裂是因为材料的强度超过极限，从而导致明显的塑性变形。在制造过程中，管道中金属材料的晶体会留下小裂纹。这些小裂纹随着金属的塑性变形而传播。如果金属材料的塑性变形大，则材料中的夹杂物或夹杂物与基体之间的界面会形成纤维腔。纤维腔逐渐生长并会聚。当边缘应力达到材料的最大强度时，当金属破裂并释放压力时，管道中会出现较大的残余变形。
2.2脆性断裂失效
热交换管的脆性断裂是当热交换管的壁应力远低于材料的强度极限或什至低于屈服极限时发生的断裂。脆性断裂也称为低应力脆性断裂，因为它们在低应力条件下发生，瞬间发生，迅速扩散并且没有微观变形，这主要是由于材料的脆性和严重的表面缺陷引起的。热处理工艺不当或焊接缺陷会增加材料的脆性并降低其可塑性。材料缺陷是热交换管脆性断裂的主要原因，裂纹缺陷的发生率最高。由于Levin末端的应力集中，主应力方向为垂直方向，因此最有可能发生低应力脆性断裂。
2.3疲劳失效
周期性周期性应力对换热管的长期影响是在特定点或特定点处产生局部永久性损坏。交变应力循环次数达到一定水平后，换热管裂纹形成，裂纹扩展和最终失效的现象就是换热管的疲劳失效。从形态上讲，疲劳断裂与脆性断裂非常相似，没有明显的塑性变形，但是断裂的原因和过程不同。
三．管线断裂的疲劳失效分析
3.1管道失效机制
通过对一家公司的工业生产率的分析，发现大多数热交换器出口管道故障案例是由外部环境和内部介质因素引起的，这些因素导致管道的应力腐蚀和破裂，并蔓延至破裂过程。但是，换热器出口管的断裂机理与应力腐蚀的断裂机理明显不同。通常，由应力腐蚀引起的管道破坏因素主要是由材料，应力和环境因素引起的。接下来，在本文中，我们将以管道疲劳失效为例并分析其原因。
3.2零件和设备状况导致的疲劳失效
零件和设备的材料和微观结构质量差是疲劳失效的最常见原因。表面处理工艺（例如表面点火和化学热处理）可以提高材料的抗疲劳性。但是，加工工艺不当，马氏体组织粗大，碳化物，聚合反应过热等会导致零件和设备（如贝氏体+马氏体和珠光体+马氏体+铁素体+珠光体）的过早疲劳失效。随着抗疲劳性和组织部位珠光体含量的增加，设备也随之增加。改善材料的拉伸强度的热处理工艺通常可以改善材料的抗疲劳性。化学处理工艺（例如镀铬和镀镍）可以提高材料的硬度和耐磨性。
3.3由材料和结构引起的疲劳损伤
金属材料疲劳失效的原因通常是多方面的，主要是由于材料选择不当，结构设计不合理，制造缺陷，环境因素以及负载频率和模态的变化。零件和设备通常具有最弱的零件，这很容易导致故障。这些零件中的角孔和凹槽会导致局部应力集中，疲劳和破裂。此处可能会出现过度的应力集中，并且可能会出现疲劳裂纹。疲劳和破裂可能会导致某些组件或设备故障，这是导致组件或设备故障的最常见原因。
3.3由于环境因素造成的疲劳损伤
环境因素也是影响材料疲劳断裂的重要因素之一。环境因素的变化（例如温度和介质的变化）大大降低了零件和设备的疲劳性能，导致过早失效和破坏。例如在腐蚀环境中，许多金属零件和设备的表面都有腐蚀坑，导致应力集中。疲劳裂纹最有可能发生在这些位置，最终导致断裂失效。
四．针对疲劳失效的预防措施
4.1选择正确的材料
材料的低周疲劳断裂试验表明，低碳钢和碳锰钢的强度等级不高，可塑性和韧性较好的钢具有更好的抗低周疲劳断裂的性能。因此，将这种类型的钢用作容器，制造接管或在接管基部使用焊接材料更为有意义。
4.2制造和检查注意事项
根据疲劳设计规范设计的压力容器应具有更高的制造要求，尤其是要消除原始应力集中位置的过大压力集中。该材料不应有内部或表面缺陷，也不应有凹槽。如果发现，应对其进行抛光或修理，并在填充后进行修理。同时，应根据有关检查程序，进行严格的定期检查，尤其是在焊管和其他内部和外部零件的根部。严格检查各种载荷下的应力集中区域，例如目视检查和各种合适的非破坏性检查。目的是检查是否有裂纹。一旦发现，就必须认真对待。
五．结束语
本文研究了换热器出口管线的断裂失效机理。除上述预防措施外，企业在日常工业生产中还需要对换热器出口管线的寿命进行预测，研究寿命预测的模型和方法，预测管线的寿命，确定更换前的剩余寿命，掌握寿命、损耗和缺陷，并进行合理的维护、改造和更换，可以最大限度地减少管道故障事故，保证其长期稳定和安全经济运行。不断更新企业设备故障分析和寿命预测的理念，提前开展主动安全评估，预测与预防相结合，从简单的技术工作转变为现代企业管理的系统工程。
参考文献
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