管道与储罐强度-0材料强度与失效
油气管道的强度与稳定性分析
油气管道的强度与稳定性分析随着全球能源需求的增长，油气管道在能源运输中起着至关重要的作用。
而油气管道的强度与稳定性是确保能源运输安全的重要因素。
本文将对油气管道的强度与稳定性进行分析，探讨相关问题和解决方案。
一、强度分析油气管道的强度分析是评估管道的抗压能力，即管道在承受内外压力时能否保持结构完整，避免断裂或漏损的能力。
以下是强度分析的几个关键因素：1. 材料选择：油气管道通常采用高强度钢材或复合材料作为主要材料。
所选材料必须具备足够的强度和韧性，能够承受内外压力和温度变化带来的应力。
2. 管道设计：管道的设计包括直径、壁厚、焊接方式等。
合理选择管道尺寸和焊接工艺，确保管道在运行中能够承受其内外压力的作用，减少应力集中现象。
3. 支撑系统：油气管道需要合理的支撑系统来分散管道重量和应力，保证管道处于稳定的状态。
足够的支撑点能减小管道的挠曲和变形，提高管道的整体强度。
二、稳定性分析油气管道的稳定性分析是评估管道在承受外力（例如地震、风力等）时的稳定性能。
以下是稳定性分析的几个关键因素：1. 地震安全性：地震是影响油气管道稳定性的主要因素之一。
管道的设计和布局应考虑地震力的作用，采用抗震材料和结构措施来增加抗震能力，防止管道破裂或倒塌。
2. 风荷载考虑：油气管道在气候恶劣的地区可能受到强风的影响。
管道的设计应考虑风荷载因素，采用适当的风阻措施，减小管道受风力作用的影响。
3. 地质条件评估：油气管道的稳定性还需考虑管道所处地质条件的影响。
通过地质勘察和分析，评估管道在不同地质条件下的稳定性，并采取相应的措施来增强管道的稳定性。
三、问题与解决方案在油气管道的强度与稳定性分析中，可能会遇到一些问题，下面提供了一些常见问题的解决方案：1. 应力集中：通过合理的管道设计和焊接工艺，减少应力集中的发生。
采用渐变厚度的管道壁设计、增加卡箍和支撑等方式，可有效减少应力集中问题。
2. 管道损伤：定期对油气管道进行检测和维护，及时修复和更换受损部分。
7 机械材料强度与机械失效
7 机械材料强度与机械失效7.1机械材料强度与零件强度7.1.1机械材料失效与机械零件失效所有机械零件在运转过程中，都在某种程度上承受着力和能量，以及温度，接触介质等的作用，使机械材料发生过量变形，破断、表面麻点剥落等失效现象，从而导致机械零件失效。
因此，机械材料失效是机械零件失效的实质和先导。
机械材料的失效分析是解决机械零件失效问题的先导。
对于新设计的重要部件，有时需要对试制样品进行人为的超载破坏试验以获得安全或失效数据资料，只有把失效原因和全过程弄清楚，才能揭示其中存在的材料强度问题并寻求克服失效的途径。
为了克服机械材料失效，必须掌握材料失效的客观规律。
这就是：不同材料在各种外加载荷和环境下发生的变形，破裂，断裂，表面麻点剥落等现象及其发展过程，以及随外在工作条件和材料内在因素而变异的规律。
工作条件包括：承受载荷的性质（静载荷、冲击载荷、变载荷），加载次序（载荷谱），应力状态（拉、压、弯、剪、接触及各种复合应力），温度、环境介质（空气中水分，化学腐蚀、冲刷、磨损、微动腐蚀、粒子辐射……）等。
材料内在因素包括：化学成分，冶金质量，组织状态，精细结构，残余应力以及表面或内部缺陷等。
由于这些内外因素的不同组合而造成机械材料失效。
其中内因往往以材料强度来表征。
材料在外力作用下，抵抗变形和破断失效的能力称为材料强度。
通常以应力ζ表示，即以单位面积上所承受的载荷表示，单位为兆帕（M pa）或千克力/毫米2（kgf/mm2）。
一般讲来，材料强度仅指材料在达到允许的变形程度或破断前所能承受的最大应力，如弹性极限、屈服极限、强度极限、疲劳极限、蠕变极限等。
但实际上，材料强度作为失效抗力的综合表征，它与所有力学性能，包括弹性、塑性、硬度、韧性等以及在静、动载荷下材料对应力集中，尺寸大小，表面状态、温度、接触介质的敏感性等等有关。
机械零件的强度，一般表现为它的短时承载能力以及长期使用寿命，它是由许多因素决定的，其中结构因素，材料因素，加工工艺因素三方面起主要作用，使用因素对寿命也起很大作用。
管道强度和刚度
管道强度和刚度
管道的强度和刚度是指管道在承受压力或负荷时的抵抗能力和变
形程度。
管道的强度是指管道能够承受的最大压力或负荷。
强度取决于管
道材料的强度特性，如抗拉强度、屈服强度和断裂强度等。
强度越高，管道能够承受的压力或负荷越大，抗拉或挤压变形的能力越强。
管道的刚度是指管道在受力时的变形程度。
刚度取决于管道的几
何形状和材料的弹性模量。
刚度越大，管道的变形程度越小，能够保
持原有形状和稳定性的能力越强。
在实际工程中，通常需要考虑管道的强度和刚度来满足设计和运
行要求。
强度需足够以承受所需的压力或负荷，刚度需足够以保持管
道的形状和稳定性，以及满足运行中的位移和振动要求。
油罐及管道强度设计
油罐及管道强度设计第一篇：油罐及管道强度设计三、简述题1、简述回转薄壳的第一、第二曲率半径的定义，并以拱顶油罐的罐壁和罐顶为例分别说明。
2、油罐罐壁为什么有最大和最小壁厚的要求，它们各与哪些因素有关。
对于油罐上部的罐壁，由于考虑到安装和使用的稳定性要求，因而有最小厚度的要求。
油罐越大，所用钢板的最小厚度就越大。
由于施工现场难以对焊缝进行热处理，为了保证较厚的钢板的焊缝质量，许限制储罐的最大壁厚。
许用最大壁厚于材质、许用最低温度、焊接水平有关。
3、浮顶罐和拱顶罐可分别采用哪些抗风措施？试说明理由。
a.为了增加关闭的刚度，除在壁板上端设包边角钢外，在距壁板上缘1m处设抗风圈，拱顶罐不设抗风圈。
b.对于大型油罐，在抗风圈下面还要设一圈或数圈加强圈，以防止抗风圈下面的罐壁失稳.7.简述定点法和变点法设计油罐壁厚的优缺点及使用范围定点法，适用于中小容量储罐，优点：计算简单方便。
变点法:考虑到关闭相邻圈板之间的相互影响，确定各圈板环向应力最大处的位置，按该位置的环向薄膜应力计算各圈板的壁厚，优点：更符合罐壁应力的实际情况，用它计算大容量储罐时，可减小某些圈的壁厚和罐壁总用钢量，并在最大板厚限度范围内有可能建更大直径的储罐，更安全。
4、平面管道热应力的大小与哪些因素有关？5、浮顶的设计必须满足哪些要求？a对于单盘式浮顶，设计时应当做到单盘板和任意两个相邻的舱室同事破裂时浮顶不沉，对于双盘式浮顶，设计时应做到任意两个舱室同时破裂时浮顶不沉没。
b.在整个罐顶面积上有250mm降雨量的水积存在单盘上时浮顶不沉没。
c.在正常操作条件下，半盘与储液之间不存在油气空间。
d.在以上各种条件下，浮顶能保持结构的完整性，不产生强度或失稳性破坏。
6、分别比较气压作用下曲管内外侧轴向应力和内外侧环向应力的大小。
7、试比较油罐罐壁厚度计算的两种方法。
第二篇：管道与储罐强度课程大作业管道与储罐强度课程大作业• 国内外管道与储罐事故调研及发生原因分析。
管道与储罐强度-6含缺陷管道的检测与评价
1
KI µ sa 2
应力强度因子
KI µ s pa
• 断裂模式： – 脆性断裂——裂纹失稳扩展 – 塑性断裂——塑性失稳 – 弹塑性断裂
断裂特征量： 应力强度因子 J积分 裂纹尖端张开位移
材料参数 断裂韧性 临界裂纹尖端张开位移 夏比冲击能
裂纹尖端张开位移
x a 处的弹性位移
8a Y E
KI
2 pR2 R2
a Ri2
F
a t
,
Ri R
式中，p为管道内压；R为管道外半径；F 则由下表外推得出。
a/t
t/Ri
1/8
1/4
1/2
3/4
1/5
1.19
1.38
2.10
3.30
1/10
1.20
1.44
2.36
4.23
1/20
1.20
1.45
2.51
5.25
5
评定点的计算
3）评定点标到失效评定图上，如果该点位于评定曲线以内，则表明管道是 安全的。
安全系数(FS)由从原点出发通过A点与失效评定曲线交于B点的直线确定： FS OB OA
安全裕量(MS)为：
MS FS 1
• 三种水平的失效评定曲线： • ① 通用曲线 • ② 材料特定曲线 • ③ J积分曲线
通用失效评定曲线
适用于应力应变曲线上无明显的屈服不连续点（屈服平台）的所有材料。 曲线方程可由下式给出：
缺陷类型
• 体积型缺陷 – 质量损失，内、外腐蚀产生，最为常见；
• 面积型（裂纹）缺陷 – 产生原因复杂，与材质、制造工艺、使用环境有关，最危险；
• 弥散损伤型缺陷 – 氢致鼓泡和氢致开裂、应力腐蚀；
在用压力管道故障与失效7
3.2.6 连多硫酸应力腐蚀开裂连多硫酸（H2SXO6）应力腐蚀开裂在催化裂化、脱硫、加氢裂化、催化重整装置中容易发生。
在连多硫酸环境下，一些敏感材料（如18-8不锈钢）在敏化热处理或类似敏化温度的焊接热影响区局部区域，会由于晶界敏化，从而使材料晶间迅速腐蚀和开裂。
裂纹总是在晶间出现和发展并且只需要相对较低的拉应力水平。
1）奥氏体不锈钢设备在运行过程中由于硫化氢（H2S）的腐蚀在表面生成硫化铁（FeS）。
2）停工、降温并打开设备后大气中的水分和氧与腐蚀产物接触反应生成连多硫酸，反应式为：3FeS+5O2 Fe2O3·FeO+3SO2SO2+H2O H2SO3H 2SO3+1/2O2H2SO4H 2SO4+FeS FeSO4+H2SH 2SO4+H2S mH2SxO6+nS在停工期间设备表面的硫化物垢、空气和水形成连多硫酸，作用在敏化的奥氏体不锈钢的焊缝或高应力区引起的开裂；开裂可能在短短几分钟或几小时内迅速扩展穿过管道和部件的壁厚。
300系列，合金600/600H和合金800/800H受影响。
影响因素1）需要有环境、材料和应力的共同作用。
2）焊接或高温使用环境中暴露于400～815℃时材料被敏化。
3）304/304H型和316/316H型焊缝热影响区对敏化尤其敏感，4）“L”级低碳牌号（含碳量<0.03%）的不锈钢较不敏感，焊接时没有敏化影响，长期操作温度低于399℃不敏化。
5）大多部件的残余应力促进开裂。
7.腐蚀疲劳或疲劳开裂在循环应力（交变应力）和腐蚀介质共同作用下金属材料发生的严重腐蚀破坏叫做腐蚀疲劳（简记为CF）。
腐蚀疲劳是疲劳开裂的一种形式，在循环负荷和腐蚀的联合作用下发生的。
通常发生在应力集中的部位，如表面的点蚀。
可以起始于多个部位。
所有的材料均受影响。
断口特征：宏观断口与疲劳断口有一定相似性，但断口上可见明显的腐蚀产物存在。
裂纹越深、缺口效应越严重，尖端应力水平上升，腐蚀电位升高，腐蚀加剧等。
油罐及管道强度设计第4章
油罐的抗风设计和计算很重要,国内外均发 生过在风力作用下罐壁产生局部失稳的现象; 抗风设计的主要措施是在罐顶加设抗风圈, 对大型油罐,除抗风圈外,在抗风圈的下面 还需加设一圈或数圈加强圈.
4.1 风载荷的分布和计算
4.1.1储罐罐壁风压分布分析 1,外壁的风压分布: 对固定顶罐和敞口罐在实验风压为W时,外 壁风压分布是不均匀的,如图所示. 正对着风的一点称为驻点,驻点的风压最高; 迎风面上大约600范围受压,其它部分是吸 力.
式中 P —— 计 压 kgf / m ; 设 风 ,
2
K1 —— 体型 系数 可 1.5; ,取 K2 —— 换 数 可取2.25; 转 系 , Kz —— 度 化 数 见 表 高 变 系 ,下 ; W0 —— 准 压 kgf / m . 标 风 ,
2
风压高度变化系数
离地面或海面高度,m ≤5 10 15 20 30 40 陆上 0.78 1.00 1.15 1.25 1.41 1.54 海(岛)上 0.84 1.00 1.10 1.18 1.29 1.37
4.3.1当量高度 油罐是阶梯形变断面圆筒,按当量高度折算; 将壁厚不同的各筒节折算成直径相同,稳定 性相同的等壁厚圆筒,折算后的筒节高度称 为当量高度; 按折算后的等壁厚圆筒设计加强圈.
4.3.2当量高度计算
tmin He = h t
5
式中 h—折算前圈板的实际高度,m ; t —所计算的那层圈板的壁厚,mm; tmin —罐壁的最小厚度, ; mm He —所计算的那层圈板在厚度为tmin 时的当量高度,. m
第4章 立式钢油罐的抗风设计及抗震设计 主要内容
1,风载荷的分布和计算 风载荷的分布和计算 2,抗风圈的设计和计算 , 3,加强圈计算 , 4,地震对油罐的破坏 , 5,油罐的抗震设计 , 6,油罐抗震加固的措施 ,
管道及储罐强度设计教学设计 (2)
管道及储罐强度设计教学设计1. 背景在化工生产和石油开采中，管道及储罐是必不可少的设备。
其安全性能直接影响企业的生产和生产工人的生命财产安全。
因此，对于管道及储罐的强度设计是非常重要的。
在教学中，如何让学生能够深度理解强度设计原理和相关计算方法是教育界关注的热点问题之一。
2. 教学目标1.掌握管道及储罐的强度设计原理；2.熟悉管道及储罐的相关计算方法；3.能够独立完成管道及储罐的强度设计工作；4.培养学生的实际操作能力；3. 教学内容3.1 管道强度设计1.介绍管道的分类及基本结构；2.分析管道受力情况，了解应力分布；3.计算管道的安全壁厚；4.讲解管道的防腐措施；5.实战演示管道的强度计算过程。
3.2 储罐强度设计1.介绍储罐的分类及基本结构；2.分析储罐受力情况，了解应力分布；3.计算储罐的安全壁厚；4.讲解储罐的防腐措施；5.实战演示储罐的强度计算过程。
4. 教学方法1.理论讲解：通过PPT和白板等工具，向学生介绍管道及储罐的强度设计原理，并通过实例加深学生的理解；2.实例分析：根据教学内容，选取计算数值合理的实例，并进行详细讲解；3.实验操作：学生进行管道及储罐的强度计算实验操作，加深对理论知识的掌握；4.讨论答疑：在实验中，对学生的问题进行解答和讨论，及时纠正学生的错误。
5. 教学评估1.实验报告：学生完成管道及储罐强度设计实验操作后，需提交实验报告，对实验结果进行分析并总结实验过程；2.课堂小测：每章课程结束后进行一次课堂小测，以检验学生对课程的掌握情况。
6. 教学资源1.PPT课件：为学生提供图文并茂的课堂讲义；2.实验设备：提供相应的管道及储罐强度设计实验设备；3.相关法规及标准：提供国家有关管道及储罐强度设计的相关法规及标准文献。
7. 教学评价教学设计注重实践与理论相结合，通过教学内容和实验操作相结合，提高学生对管道及储罐强度设计的理解和掌握，培养学生独立开展强度设计工作的实践操作能力。
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• 即使是延性材料，在失效 前材料也没有明显的塑性 变形。
• 在断裂表面，一部分是粗 糙的，一部分是光滑的。
疲劳断口示意
管道疲劳破坏的原因
• 内压变化 –间歇输送 –正反输 –输气
• 外力变化 –跨越河流的管段的风荷作用 –悬空段的卡曼涡激振动 –埋设于公路下的未加套管管道
–裂纹的合并是由于单独的裂纹在尖端彼此结合； –合并可发生在全部生命周期中； –裂纹的合并是裂纹扩展中的决定性因素。
五、氢致开裂
• 管材在含H2S等酸性环境中，因腐蚀产生的氢侵入钢内而产生的裂纹 称为HIC（Hydrogen Induced Cracking）。
• HIC主要在中、低强度钢中发生，介质浓度或氢压力相对较大。 • HIC不需要外加应力即可产生。
管道与储罐强度设计
• 管道和储罐：基本油气储运设施 • 强度：抵抗破坏的能力 • 设计：即“以假定之观念及思维先行处理后,透过
某种表述方法,订定其拟施行之策略”，通常指有 目标和计划的创作行为、活动，在艺术、建筑、 工程及产品开发等领域起着重要的作用。
引言
• 管道是油气资源运输和配送的主要方式：
强度 极限
D
屈服
B
C
E’
最大值。此后，若不减
极限 比例极限
A
E
小外载荷，就不能维持
平衡。
• 这种由于变形引起的截 4 个阶段
线性 阶段
屈服 阶段
面几何尺寸改变所导致
强化阶段 颈缩阶段
的丧失平衡的现象就叫
塑性失稳。
塑性失稳定义了管道的爆破压力
Pb
2t D
b
• 管道承压能力的一个重要指标——能承受的最大压力； 但是，由于管道在此前已经进入了塑性屈服阶段，使 用上是相当不安全的。因此管道的设计并不以此压力 作为基准。
脆性断裂的速度大约在450~900m/s。
• 对于输气管道，减压波速为声波在介质中的传 播速度380~440m/s，低于裂纹断裂的速度，不 能止裂；
• 对于输油管道，减压波速度为1500m/s，减压 波在裂纹尖端的前面，可以止裂。
七、管道结构失稳
• 当管道在轴向和径向受到压缩载荷后， 管道可能丧失稳定性：
蚀开裂、氢致开裂、 裂纹动态扩展、结构失稳等，实际失效也 可能是多种机理的相互作用。 • 塑性失稳定义了管道的爆破压力。 • 断裂由裂纹失稳扩展引起。 • 疲劳是由交变载荷引起。 • 两类应力腐蚀开裂：即近中性pH值SCC和高pH值SCC。 • 氢致开裂可用氢压理论来解释，影响氢致开裂的因素有化学成 分、组织、强度、微区硬度等。 • 天然气管道的止裂由速度判据解释。 • 管道可产生多种形式的结构失稳。
造成壁厚减薄 • 管材脆性
管道事故案例
华盛顿，1999 • 汽油管道 • 3人死亡 • 250000加仑汽油泄漏 • 破裂处有机械损伤 • 内检测曾检测出这处损伤
管道事故案例
新墨西哥州，2000年
• 天然气管道 • 爆炸 • 12人死亡 • 25m长坑 • 1950建造 • 破裂原因是腐蚀
储罐事故
止裂原理
气体流入管 道开裂区域
裂纹扩展
气体从缺口溢出
开裂管壁 横向移动
管道
• 裂纹在管道中是止裂还是持续地快速扩展，取 决于裂纹在管道中扩展的速度以及管内介质在 管道破裂时的减压波速度。
止裂的速度判据
• 如果管道内介质的减压波速度大于裂纹扩展速度， 裂纹尖端的应力迅速减小，从而使裂纹扩展的速 度大大降低，乃至止裂。反之，如果管道内介质 的减压波速度小于裂纹扩展速度，则裂纹尖端处 的应力一直保持断裂产生时的高应力，使裂纹得 以持续地高速扩展。
• 管道的制造工艺、钢材的种类、钢材的等级、钢材 的纯净度(有无杂质或夹杂物)，钢材的塑性变形特 点(循环软化特征)，钢材的温度及管道的表面条件 等，都可能和管道的应力腐蚀开裂易发性有关。
应力条件
• 压力的波动和拉伸应变速率的影响较大 ； • 易发生在如腐蚀、凹坑、焊缝等应力集中部位； • 无应力水平门槛值。 • 裂纹的合并
• 高pH值溶液形成与土壤关系不大，两方面机理：
– 阴极保护作用 – 温度变化引起的蒸发；
• 近中性pH值的应力腐蚀发生处的电解液和涂层外的地下 水的差别很小，但允许包含一系列化学物质。
敏感的管道材料
• 发生在类别范围很宽的管道上：
–管道直径范围从114到1067mm –壁厚范围从3.2到9.4mm –等级从241MPa(35 ksi)到480MPa(65 ksi) –电阻焊和双面埋弧焊的管道
管道强度是管道安全的本质保障
管内 介质
对象
管涂阴 极 保
体层护
• 管道完整性管理
管理
检评 对 测价 策
油气管道的失效机理
• 材料：
–塑性失稳 –断裂 –疲劳 –应力腐蚀开裂 –氢致开裂 –裂纹动态扩展（脆性和延性）
• 结构
–丧失稳定性
一、塑性失稳
• 开始，强化效应起主要 作用；
• 强化与截面收缩足以相 互抵消时，外载荷达到
机理
• 天然气中的水附着于管道表面，H2S在水中形成硫及氢的离子： H2S2H++S-
• Fe夺取H的正电荷： Fe+2H + Fe2 + +2H • 形成硫化铁： Fe2 + + S2- FeS • 体积很小的H原子根据其分压大小向钢中扩散，一般首先聚集于
非金属夹杂物、气孔及偏析中； • 在存留处，H原子变成氢气分子，体积增大20倍： 2H+ H2 • 由于体积增大，存留处压力急剧增加，当超过金属起裂应力时，
– 轴向载荷导致管道轴向失稳； – 外压导致径向失稳； – 弯曲导致径向失稳； – 上述载荷的联合导致径向失稳。
• 失稳也存在传播现象——海底管道。
几种失稳的形式——补强板下
管子的几种屈曲典型方式的实验结果
本章小结
• 强度是管道安全的本质保障。 • 油气管道的失效机理可分为：塑性失稳、断裂、疲劳、应力腐
四、应力腐蚀开裂（SCC）
• 在埋地管道的外表面产生裂纹群落
案例
• 压缩机站下游400m 处，X52，28年的 运行历史，沥青涂 层和强制阴极电流 保护。
发生应力腐蚀的基本条件
局部环境 敏感材料 应力条件
环境是指管道外表面与剥离涂层之间
• 根据环境pH值的不同，有两种不同的形式
– 高pH值应力腐蚀开裂 – 近中性pH值的应力腐蚀开裂
断裂准则 KI<KIc
脆性和塑性断裂
• 脆性：没有颈缩现象。变形量很小，断口平直，与 拉应力方向几乎垂直。断裂是突然发生的。
• 塑性：有颈缩现象，断口倾斜（大约与轴线成45° 方向），断裂在屈服之后发生。
• 脆性断裂裂纹前缘的塑性区尺寸与裂纹尺寸相比是 一个小量。
三、疲劳
• 结构部件在交变应力作用 下的破坏。
二、断裂
• 断裂由裂纹的不稳定扩展造成。 • 断裂是结构破坏的一种最严重的形式，它的后果往
往是灾难性的。 • 管道产生裂纹的原因
–制造：焊缝和母材中的缺陷，如分层、夹渣、未焊透等； –施工：钢材在运输、装卸、组装、下沟等过程中造成的
表面机械损伤，如划痕、压坑等； –运行：腐蚀环境造成的缺陷等。
应力强度因子__必须定义表征裂纹快速扩展难易的力学量
动态延性断裂
• 失效部位宏观塑性变形较大，通常壁厚的减薄 量在壁厚的10%范围内，裂纹多在焊缝或母材 的缺陷部位或其它薄弱环节；
• 裂纹扩展主要以韧性方式进行，断口上有明显 的撕裂和剪切特征，通常中部有一平的区域， 周边为剪切唇，微观形貌以韧窝为主；
• 延性断裂扩展的方向一般沿管子的轴线；
动态延性断裂
yy
r
裂纹尖端的奇 异应力场
yy
x,0
r
1 2
(r 0)
1
r 2 yy x,0 const KI (r 0)
• 应力强度因子KI：代表了裂纹尖端应力场r（-1/2）阶奇异
性强度的大小。
断裂韧性
• 表征了材料阻止裂纹传播的能力，是材料抵抗脆性破 坏能力的一个指标；
• 由材料实验确定——多种方法； • 管材的一项重要指标。
–我国现有长距离输送管道约5万公里，世界排名第六 –油田集输管道约20万公里 –城市配送管道约10万公里 –油库(中间站、终端、储备基地）
• 事故后果:
–人员伤亡 –环境污染 –停输给下游带来巨大经济损失和社会影响
管道事故案例
Edison，New Jersey，1994年3月 • 天然气管道断裂失火 • 烧掉附近8栋大楼。 • 火球30英里外可见 • 破裂处以前发生过机械损伤，
就会造成裂纹扩展：若存留处在钢管表面，则形成鼓泡；若在 钢管内部则形成平行于金属表面的裂纹，这些裂纹相互连接形 成阶梯状。
六、裂纹的动态扩展
• 裂纹的动态扩展是输气管道的特有现象； • 裂纹扩展最长的记录是13公里； • 脆性断裂与延性断裂。
动态脆性断裂
• 断裂为平断口，塑性区尺寸很小，裂纹源往往在低韧 性、多焊接缺陷的部位；
• 延性断裂止裂时，裂纹通常由轴向向45º方向倾斜，并 迅速停止；
• 延性断裂的扩展速度与裂纹尖端处所承受的气体压力 有关，还与材料的韧性、流变应力及是否有回填土等 因素有关；
• 外泄气体具有鼓胀作用，且裂纹尖端处所承受的气体 压力小于管线的操作压力；
• 延性断裂的驱动力一方面来自管壁金属中的弹性应变 能，另一方面更主要来自外泄气体对管壁的作用。
• 裂纹形状为波形，且往往为多分支的，剪切面积越小， 分支越多；
• 裂纹源区多呈放射状，裂纹扩展区具有人字花样；断 口微观特征以解理断裂为主；
• 开裂速度较快，开裂的速度取决于管材的SA或DWTT； • 裂纹尖端几乎看不到鼓胀现象，且裂纹尖端处所承受