壓力管道涉及各行各業(yè),對它的基本要求是“安全與使用”,,安全為了使用,使用_安全,,使用還涉及經(jīng)濟問題,即投資省,、使用年限長,,這當(dāng)然與很多因素有關(guān)。而材料是工程的基礎(chǔ),,首先要認(rèn)識壓力管道金屬材料的特殊要求,。壓力管道除承受載荷外,由于處在不同的環(huán)境,、溫度和介質(zhì)下工作,,還承受著特殊的考驗。
?。?)金屬材料在高溫下性能的變化
?、?蠕變 鋼材在高溫下受外力作用時,隨著時間的延長,,緩慢而連續(xù)產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象,,稱為蠕變。鋼材蠕變特征與溫度和應(yīng)力有很大關(guān)系,。溫度升高或應(yīng)力增大,,蠕變速度加快。例如,,碳素鋼工作溫度_過300~350℃,,合金鋼工作溫度_過300~400℃_會有蠕變。產(chǎn)生蠕變所需的應(yīng)力低于試驗溫度鋼材的屈服強度,。因此,,對于高溫下長期工作的鍋爐、蒸汽管道,、壓力容器所用鋼材應(yīng)具有良好的抗蠕變性能,,以防止因蠕變而產(chǎn)生大量變形導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破裂及造成爆炸等惡性事故。
?、?球化和石墨化 在高溫作用下,,碳鋼中的滲碳體由于獲得能量將發(fā)生遷移和聚集,形成晶粒粗大的滲碳體并夾雜于鐵素體中,,其滲碳體會從片狀逐漸轉(zhuǎn)變成球狀,,稱為球化。由于石墨強度極低,,并以片狀出現(xiàn),,使材料強度大大降低,脆性增加,,稱為材料的石墨化,。碳鋼長期工作在425℃以上環(huán)境是地,,_會發(fā)生石墨化,在大于475℃更明顯,。SH3059規(guī)定碳鋼_使用溫度為425℃,,GB150則規(guī)定碳鋼_使用溫度為450℃。
?、?熱疲勞性能 鋼材如果長期冷熱交替工作,那么材料內(nèi)部在溫差變化引起的熱應(yīng)力作用下,,會產(chǎn)生微小裂紋而不斷擴展,,_后導(dǎo)致破裂。因此,,在溫度起伏變化工作條件下的結(jié)構(gòu),、管道應(yīng)考慮鋼材的熱疲勞性能。
?、?材料的高溫氧化 金屬材料在高溫氧化性介質(zhì)環(huán)境中(如煙道)會被氧化而產(chǎn)生氧化皮,,容易脆落。碳鋼處于570℃的高溫氣體中易產(chǎn)生氧化皮而使金屬減薄,。故燃氣,、煙道等鋼管應(yīng)限制在560℃下工作。
?。?)金屬材料在低溫下的性能變化
當(dāng)環(huán)境溫度低于該材料的臨界溫度時,,材料沖擊韌性會急劇降低,這一臨界溫度稱為材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度,。常用低溫沖擊韌性(沖擊功)來衡量材料的低溫韌性,,在低溫下工作的管道,_注意其低溫沖擊韌性,。
?。?)管道在腐蝕環(huán)境下的性能變化
石油化工、船舶,、海上石油平臺等管道介質(zhì),,很多有腐蝕性,事實證明,,金屬腐蝕的危害性_普遍,,而且也_嚴(yán)重,腐蝕會造成直接或間接損失,。例如,,金屬的應(yīng)力腐蝕、疲勞腐蝕和晶間腐蝕往往會造成災(zāi)難性重大事故,,金屬腐蝕會造成大量的金屬消耗,,浪費大量資源,。引起腐蝕的介質(zhì)主要有以下幾種。
?、?氯化物 氯化物對碳素鋼的腐蝕基本上是均勻腐蝕,,并伴隨氫脆發(fā)生,對不銹鋼的腐蝕是點腐蝕或晶間腐蝕,。防止措施可選擇適宜的材料,,如采用碳鋼-不銹鋼復(fù)合管材。
?、?硫化物 原油中硫化物多達250多種,,對金屬產(chǎn)生腐蝕的有硫化氫(H2S)、硫醇(R-SH),、硫醚(R-S-R)等,。我國液化石油氣中H2S含量高,造成容器出現(xiàn)裂縫,,有的投產(chǎn)87天即發(fā)生貫穿裂紋,,事后經(jīng)磁粉探傷,內(nèi)表面環(huán)縫共有417條裂紋,,球體外表面無裂紋,,所以H2S含量高引起應(yīng)力腐蝕應(yīng)值得重視。日本焊接學(xué)會和高壓氣體安全協(xié)會規(guī)定:液化石油中H2S含量應(yīng)控制在100×10-6以下,,而我國液化石油氣中H2S含量平均為2392×10-6,,高出日本20多倍。
?、?環(huán)烷酸 環(huán)烷酸是原油中帶來的有機物,,當(dāng)溫度_過220℃時,開始發(fā)生腐蝕,,270~280℃時腐蝕達到_,;當(dāng)溫度_過400℃,原油中的環(huán)烷酸已汽化完畢,。316L(00Cr17Ni14Mo2)不銹鋼材料是抗環(huán)烷酸腐蝕的有效材料,,常用于高溫環(huán)烷酸腐蝕環(huán)境。