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摘要：随着我国化学工业的快速发展，大批化工装置在10多年前集中建成投运。现如今，一些装备已到了易失效阶段，尤其是设计寿命在10到15年的化工工艺管道。近几年因压力管道失效，尤其是化工管道失效所造成的事故频发。未来一段时间，如果企业不加强压力管道管理，还可能发生类似事故。本文结合作者的工作环境，介绍了化工压力管道运行过程中易产生的缺陷及预防压力管道失效事故措施。
关键词：压力管道；缺陷；失效事故预防措施
化工管道在化工生产中起到重要的作用，化工压力管道经过一段时间使用后，由于苛刻的运行条件，即使是原来设计和制造质量完全符合规范的要求，压力管道的质量也会发生变化，原来存在制造规范允许的小缺陷扩展开裂，可使压力管道中原来没有缺陷的地方产生新的缺陷，最终导致设备失效，无法正常运行甚至发生事故。
我们单位的压力管道属于化工及石化装置压力管道，采用的管道材质有碳钢、低合金钢和不锈钢，介质含有腐蚀性，有的介质含有氯离子。在实际的使用中，我们发现，这些管道往往受到低温、高温，高压，腐蚀等环境，以及材质、工艺、焊接、安装等运行因素的影响极易产生腐蚀、疲劳、脆性、蠕变等破坏的形成，从而产生壁厚变薄、缺陷扩展、疲劳裂纹、应力腐蚀裂纹、晶间腐蚀及各种腐蚀缺陷，从而对管道的安全运行造成严重的危害，因此加强对各种缺陷产生原因的分析，并采取相应的压力管道失效事故预防措施对压力管道安全运行将起到积极作用。
一、常见管道失效模式
1 低温管道
低温金属管道广泛应用于石油化工生产装置，在化肥行业中经常会用到一些低温管道，如大型合成氨、甲醇装置低温甲醇洗工序中的管道等。此外低温管道还包括液化天然气管道。液氨、氨制冷系统压力管道等。
低温金属管道在焊接的过程中，不可避免会出现焊接裂纹、未焊透及咬边等焊接缺陷，在低温条件下，这些缺陷和存在的应力集中会成为发生脆性断裂的裂纹源，是脆性断裂发生和扩展的主要因素。
2、化工及石化装置管道
1）化工及石化管道特点
工作条件各种各样：（1）工作压力范围广；（2）工作温度范围大；（3）介质有毒、易燃、易爆；（4）装置基本都是技术密集，规模大连续化生产。
由于化工及石化装置工作条件的复杂性导致各种失效模式都有可能出现。
2）化工液氯管道，失效主要是化学腐蚀、电化学腐蚀、缝隙腐蚀等。
（1）化学腐蚀：液态氯为黄绿色液体，在常压下即气化成气体，遇有水分对钢铁有强烈腐蚀性。
（2）电化学腐蚀：因为管道材料的不均匀性造成的，如电位的不均匀性，晶格的不均匀性等均能引起腐蚀，液氯对金属电化学腐蚀主要形式是孔蚀，这种腐蚀很隐蔽不好预防。
（3）缝隙腐蚀：液氯管道的未焊透位置和法连连接处的密封不良处，导致法兰对接处金属间存在缝隙，发生缝隙腐蚀。
石化加氢装置管道的失效
石化加氢装置管道有加氢脱硫和加氢裂化装置管道，这些管道的失效主要是高温H2/H2S腐蚀。石化装置中的碳钢与低合金钢材料管道，失效主要是湿硫化氢应力腐蚀开裂、氨腐蚀等。
3）运行过程中管道常见的裂纹有以下几种
（1）疲劳裂纹：长期反复加载后在零件表面出现的裂纹。压力管道在使用过程中，最常见的裂纹是疲劳裂纹。疲劳裂纹主要包括两种类型，分别是：腐蚀疲劳裂纹和机械疲劳裂纹。机械裂纹总体来说多发生在管道受力相对密集的地方，而且裂纹是由小变大的，这就需要工作人员关注于管道是否存在受力不均匀的问题。而腐蚀疲劳裂纹形成的原因是原疲劳裂纹受到腐蚀性介质和交变应力的双重作用，最终导致疲劳裂纹形成腐蚀裂纹。这种裂纹的特点就是会随着时间的推移和管道工作频率的增加，而导致裂纹的长度逐渐扩展。由于裂纹的维修工作难度较大，需要投入大量的时间、精力和资金。
疲劳裂纹的产生和发展是缓慢的，需要多次加载，疲劳断裂事故前无预兆而是突然的发生，给设备的安全运行带来了威胁，具有很大的危险性。因此，我们应当分析疲劳断裂的形成机理和裂纹产生的原因，并提出防止措施。
4）管道运行过程中常见的腐蚀
（1）应力腐蚀裂纹：化工企业存在大量的腐蚀介质，当处于特定腐蚀介质中的金属材料在拉应力作用下产生的裂纹，如（奥氏体不锈钢的压力管道中含有氯离子）
（2）晶间腐蚀：金属材料在特定的腐蚀介质中沿晶界发生的一种局部选择性腐蚀。，一般产生于不锈钢管道的焊缝表面，熔合线和热影响区，主要是由于晶间贫铬所致，晶间腐蚀是局部腐蚀的一种。
（3）局部腐蚀：局部腐蚀，分为电偶腐蚀、孔蚀、缝蚀、沿晶腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀、选择性腐蚀等主要类型。又称不均匀腐蚀。由电化学不均一性（如异种金属、表面缺陷、浓度差异、应力集中、环境不均匀等），形成局部电池。局部腐蚀阴阳极可区分，阴极/阳极面积比很大，阴、阳极共轭反应分别在不同区域发生，局部腐蚀集中在个别位置，急剧发生，材料快速腐蚀破坏。腐蚀集中在个别位置急剧发生、腐蚀破坏快速、隐蔽性强、难以预计、控制难度大、危害性大，易突发灾难事故。
二、预防压力管道失效事故的建议
为了进一步加强压力管道管理，预防压力管道因各种缺陷引起压力管道失效而造成事故，企业应重点做好以下几项工作。
1）对于脆性断裂的预防，应注意以下是几个方面：
（1）在设计和焊接过程中要优化设计、采取消除焊接残余应力的措施。
（2）在管道运行过程中要严格操作规程，控制操作压力和操作温度，开、停车时如不影响工艺，应采用停车“先降压后降温”、开车“先升温后升压”的工艺，并限定最小升压温度。
（3）加强对管道的检验，发现缺陷及时处理。
2）切实做好压力管道完好性管理
压力管道完好性管理是化工企业压力管道安全管理的重要要素，尤其是压力管道预防性维修，很多企业没有有效开展，更多的企业仍然是“事后维修”，难以做到“预防性维修或预知性维修”。企业应切实开展压力管道完好性管理，编制预防性维修计划，做好压力管道预防性维修。
3）开展全面安全风险隐患排查
企业应对压力管道开展全面排查，尤其是涉及腐蚀性介质的压力管道，运行周期较长的管道，重点关注弯头、变径等易受物料冲刷的部位，及早发现和消除压力管道缺陷。
4）加强重点部位腐蚀检测
腐蚀检测是预防性维修的基础，企业要做好以下几项工作：
一是确定压力管道腐蚀检查部位，定期检测，建立检测数据库，要避免检测中的走过场现象，不能为了满足外部督查检查的要求而被动进行检测，对检测后的数据不健康，不利用，不分析。
二是对重点部位要加大腐蚀监测、检测力度，缩短检测周期，对腐蚀减薄严重部位建议进行超声波在线定点测厚，尤其是进料线、碱洗出口线、塔顶馏出线的管线、三通和弯头等因易受冲刷腐蚀的部位，要及时发现和处理管道壁厚减薄情况，掌握腐蚀速率。
三是定期评估防腐效果和核算压力管道剩余使用寿命，及时发现并更新更换存在安全隐患的压力管道，
5）强化腐蚀控制措施落实
一是加强管道选材，严格工艺操作，从源头上进行防控，提升管道的本质安全水平。
二是为保障管道的长周期运行，要严格控制原料中的杂质含量，在工艺条件允许的前提下，尽量降低操作温度、流速等。
三是针对管道内不同的介质采取不同的管控措施，对存在酸性介质的管道，应严格控制酸的含量，防止酸腐蚀；存在含氯介质的不锈钢管道，要防止氯离子点腐蚀；对于高温高压下的含氢介质管道，要防止氢腐蚀或氢脆；对于介质中悬浮杂质较多的管道，要认识到其对管道的磨蚀影响，充分评估因流速发生变化引发的风险，防止因速度变慢而造成管壁的垢下腐蚀，或流速变快而加剧对管壁的冲刷。
6）加强工艺及压力管道变更管理
压力管道失效事故一般与变更有关联，既有管道材质的变更，也有工艺条件的变更，还有装置生产能力的改造。由于变更后管道中的介质情况，、操作温度、压力与流速等条件都可能发生变化或其中的一个条件发生了变化，此时管道内腐蚀或冲刷环境也会发生变化，尤其是流速或介质变化后，对管道弯头的冲刷可能会更加严重，易加剧冲刷腐蚀。因此在进行工艺与压力管道变更管理时必须开展风险辨识，辨识出变更后可能引起的风险，并采取相应可靠措施消除或降低可能的风险。
参考文献：
（1]）压力管道常见缺陷的分析与检驗探究[J].林胜.民营科技.2017（11）.
（2）中国化学品安全协会杂志