¿Cuáles son los tipos de fallas comunes y las causas de las tuberías de presión?
Formas y causas de fallas en tuberías y accesorios
Como componentes principales de las tuberías a presión, las tuberías y accesorios son cruciales para el funcionamiento seguro de las tuberías a presión. Sus principales modos de falla incluyen deformación, desplazamiento, vibración, adelgazamiento severo de las paredes, grietas y defectos de soldadura. Estas fallas pueden dañar las tuberías e incluso provocar diversos accidentes como fugas, roturas de tuberías y roturas. Por lo tanto, es necesario detectar y monitorear eficazmente fallas en tuberías y accesorios.
(1) Modos de fallo de tuberías y accesorios.
①Deformación. Durante la instalación, construcción y uso a largo plazo de tuberías de presión, debido a fuerzas externas, desastres geológicos y otras razones, las tuberías se doblarán y hundirán, o chocarán entre sí o con equipos adyacentes, lo que provocará deformaciones anormales como como colapso y abultamiento En casos severos, Puede afectar el funcionamiento normal y seguro de las tuberías. La deformación severa de tuberías y accesorios puede descubrirse mediante inspección macroscópica o detectarse mediante equipos como detectores de deformación de tuberías.
②Desplazamiento. El desplazamiento aquí mencionado se refiere a un desplazamiento grande que puede afectar negativamente la seguridad del oleoducto. Cuando el desplazamiento de la tubería es grande, puede afectar las tuberías adyacentes, bloquearse por la influencia de componentes del edificio adyacentes o generar grandes fuerzas externas adicionales en equipos sensibles, etc. Por ejemplo, el gran desplazamiento lateral de los tubos sobre el soporte para tubos afecta a los tubos adyacentes; el gran desplazamiento axial de los tubos sobre el soporte para tubos hace que el soporte para tubos se deslice fuera de la viga; la columna de la viga está bloqueada por la columna de la viga, como resultado, el desplazamiento térmico de la tubería se bloquea o la expansión térmica se transmite al soporte o al equipo en el otro extremo de las tuberías conectadas al equipo sensible, debido a los grandes desplazamientos; , provocar que la tensión adicional de las tuberías sobre el equipo supere la norma, provocando que el equipo correspondiente no funcione correctamente o se dañe.
③Vibración mecánica. La llamada vibración mecánica se refiere al movimiento alternativo de un objeto cerca de su posición de equilibrio (o promedio). En los equipos petroquímicos, además de la vibración mecánica de las tuberías de entrada y salida de los compresores y bombas alternativos, a menudo se encuentran las siguientes vibraciones mecánicas de las tuberías, a saber, la vibración de las tuberías causada por el flujo del émbolo del medio de flujo de dos fases; golpe de ariete medio Vibración de la tubería causada por el efecto de vórtice; vibración de la tubería causada por la excitación de corrientes parásitas en el medio: vibración de la tubería causada por un equilibrio dinámico deficiente de la maquinaria centrífuga; vibración de la tubería causada por la carga del viento causada por la carga del terremoto; Las vibraciones de estas tuberías tienen una característica común, es decir, no son vibraciones mecánicas inevitables en condiciones normales de funcionamiento, sino vibraciones mecánicas provocadas por un diseño inadecuado, un funcionamiento inadecuado o factores naturales. Estas vibraciones son dañinas en ingeniería y pueden afectar el funcionamiento normal de las tuberías y máquinas relacionadas, e incluso provocar fugas de medios o incluso daños por fatiga de las tuberías, provocando accidentes graves como incendios. Se deben tomar las medidas adecuadas para evitar posibles daños causados por las vibraciones.
④La pared de la tubería está muy adelgazada. El flujo de medios a alta velocidad a largo plazo en las tuberías de presión adelgazará las paredes internas de las tuberías y accesorios o dañará los pares de sellado, afectando su resistencia a la compresión y su rendimiento de sellado. Al mismo tiempo, si la capa anticorrosión de la tubería se daña, fácilmente causará una corrosión uniforme causada por la acción integral del medio, de modo que el espesor de la pared de la tubería continuará adelgazando con la extensión del tiempo de uso. . Además, debido al daño local a la capa anticorrosión, puede ocurrir corrosión local de la tubería, agravando así la velocidad de corrosión de la tubería y afectando seriamente la vida útil de la tubería. Cuando el espesor de la pared de la tubería se reduce a un cierto valor, la tubería no podrá soportar la carga, es decir, la tubería se dañará debido a una resistencia insuficiente.
⑤Grietas. Las tuberías de presión están sujetas a fatiga, corrosión por tensión, corrosión por hidrógeno y cargas dinámicas durante el funcionamiento. Después de un período de tiempo, se iniciarán microfisuras y luego se expandirán hasta convertirse en macrofisuras. Las grietas son uno de los defectos graves de las tuberías a presión. Una vez que la grieta se expande rápidamente, si no se toman medidas efectivas, puede ocurrir un accidente por rotura de tubería, provocando una serie de consecuencias graves. Las principales causas de las grietas incluyen las siguientes situaciones: en primer lugar, las grietas causadas por la tensión residual en el laminado y la soldadura de las tuberías; en segundo lugar, las grietas causadas por la fatiga, la corrosión y la vibración de las tuberías en uso; en tercer lugar, las fluctuaciones frecuentes en la presión y la temperatura de las grietas en las tuberías. . En términos generales, no es necesario desechar una tubería de presión existente inmediatamente después de que se produzca una grieta. Normalmente, el crecimiento de la grieta y sus condiciones finales de fractura se pueden evaluar para calcular su vida restante. La tubería es segura por el resto de su vida.
⑥Defectos de soldadura. La calidad de la apariencia de las soldaduras de accesorios de tuberías excede el estándar, lo que se manifiesta principalmente en la altura excesiva del metal de soldadura, falta de penetración, socavaduras, nódulos de soldadura y salpicaduras en el metal base (especialmente el metal base de aleación). Estos defectos de soldadura pueden afectar el rendimiento de la unión soldada, poniendo en peligro la seguridad de la tubería.
(2) Causas de fallas en tuberías y accesorios. Hay muchas razones para el fallo de los accesorios de las tuberías de presión, que se pueden dividir en las siguientes categorías:
① Daño mecánico. Los daños mecánicos incluyen principalmente fluencia, fatiga y daños externos. Como se mencionó en el Capítulo 5, la fluencia es el fenómeno de la deformación plástica lenta de materiales metálicos bajo la acción a largo plazo de altas temperaturas y tensiones.
Durante el proceso de fluencia de los materiales metálicos, se formarán gradualmente agujeros circulares o en forma de cuña en los límites de los granos, y se formarán microfisuras de fluencia a lo largo de los granos debido al crecimiento y la interconexión de los agujeros, lo que macroscópicamente representa la transición de los materiales metálicos. Deformación. Debido a la influencia de fluctuaciones anormales de presión y temperatura, el valor de tensión de la pared de la tubería aumenta o las propiedades mecánicas del material disminuyen, lo que se convierte en la causa principal de la falla por fluencia. Bajo la acción de altas temperaturas y tensiones, la fluencia de los materiales metálicos es inevitable. Sin embargo, el daño por fluencia en las tuberías es un proceso lento y de largo plazo, y su daño aparecerá gradualmente en las últimas etapas de la vida útil esperada de la tubería.
Si una tubería se somete a una carga alterna cuya magnitud y dirección cambian periódicamente con el tiempo durante un período prolongado, se formarán núcleos de grietas por fatiga que se expandirán gradualmente, lo que eventualmente provocará accidentes como la ruptura de la tubería. Hay varias razones principales para la carga alterna de las tuberías: primero, la tubería se presuriza y descomprime repetidamente, y la temperatura aumenta y disminuye mediante el transporte intermitente de los medios; segundo, la presión fluctúa mucho durante la operación; tercero, la temperatura cambia periódicamente; durante la operación, provocando cambios repetidos en la pared de la tubería; cambios de temperatura y estrés, debido a la alternancia de fuerzas externas y vibraciones forzadas de otros equipos y soportes; Bajo la acción de cargas alternas repetidas, existen concentraciones de tensión cerca de las discontinuidades en la geometría de la tubería y cerca de las soldaduras, que pueden alcanzar o exceder el límite elástico del material. Si estas tensiones se cargan y descargan alternativamente, los granos con mayor tensión sufrirán deformación plástica y gradualmente se convertirán en microfisuras. A medida que cambian los ciclos de tensión, las microfisuras se propagarán gradualmente y eventualmente conducirán a fallas.
Los daños externos también pueden tener efectos graves en tuberías y accesorios. Los desastres naturales como terremotos, fuertes vientos, inundaciones y rayos pueden causar daños mecánicos a las tuberías, mientras que los daños mecánicos provocados por el hombre, como las muescas de las abrazaderas de las tuberías, pueden agravar la corrosión de las tuberías y otros daños provocados por el hombre. accidentes graves como fugas y roturas de tuberías.
②Corrosión. Los recipientes a presión pueden resultar dañados por la corrosión, que también es una causa importante de daños en las tuberías. La corrosión de las tuberías se refiere al fenómeno en el que las tuberías sufren reacciones químicas o electroquímicas bajo la acción de medios internos, entornos externos y tensiones, lo que provoca que las tuberías se degraden o fallen. A veces, las operaciones irrazonables pueden provocar cambios en la concentración del medio y agravar el daño por corrosión. La corrosión continua puede reducir gravemente el espesor de la pared de una tubería e incluso provocar que se agriete. Según la ubicación de la corrosión en las tuberías de presión, se puede dividir en corrosión externa y corrosión interna. Según el grado de daño por corrosión, la corrosión de las tuberías se puede dividir en corrosión integral (corrosión uniforme), corrosión local (corrosión por picaduras) y corrosión por tensión. Entre ellos, la corrosión por tensión a menudo ocurre repentinamente sin previo aviso, por lo que es más dañina.
El agrietamiento y la fractura por corrosión bajo tensión son daños a las tuberías bajo la acción combinada de tensión de tracción y medios corrosivos. Pueden ocurrir durante el proceso de producción de las tuberías, antes de su uso e incluso durante el proceso de procesamiento y formación. Son la principal causa de la corrosión de las tuberías. El agrietamiento por corrosión bajo tensión ocurre a menudo en las uniones longitudinales y anulares de las tuberías, a menudo acompañado de corrosión por picadura severa y otra corrosión general. Además del medio, la existencia de concentración de tensiones es la principal causa de corrosión por tensiones. La tensión incluye la tensión residual causada por el enderezamiento, el endurecimiento y la flexión, la tensión estructural causada por una mala instalación y la tensión de soldadura causada por la distribución desigual del calor durante la soldadura. Una gran cantidad de estadísticas muestran que los accidentes causados por tensiones residuales en el procesamiento y la soldadura representan más del 80% del número total de accidentes por corrosión bajo tensión en tuberías. Desde el punto de vista de la operación real, los tubos delgados son propensos a sufrir daños por corrosión bajo tensión, mientras que los tubos de paredes gruesas no son fáciles de romper. Esto puede deberse a que la tensión residual generada después de la deformación de los tubos delgados es generalmente mayor que la de los tubos de paredes gruesas. tubos en las mismas condiciones.
③El diseño y la selección de materiales no son razonables. El diseño irrazonable de tuberías de presión y los defectos en los procesos de fabricación y construcción, como flexibilidad no calificada de la tubería, selección inadecuada de materiales o defectos originales, soldadura inadecuada o exceso metalúrgico, pueden causar degradación, daño o ruptura del rendimiento del material, y pueden causar daños a la tubería. Se generan grandes tensiones en determinadas partes, provocando fracturas frágiles de baja tensión en las tuberías, que finalmente provocan fallos en las tuberías de presión y provocan accidentes graves.
④ Errores de operación y mantenimiento. La operación de tuberías de presión en violación de los procedimientos operativos empeorará sus condiciones reales de trabajo, incluyendo sobrepresión, sobretemperatura, medios corrosivos excesivos, pulsaciones anormales de presión y temperatura, etc. La baja temperatura de funcionamiento reducirá la dureza del material y el tamaño crítico permitido de la grieta, lo que puede provocar una falla frágil de la tubería. La temperatura y presión excesivas también causarán fugas en las juntas de la tubería. No se pueden detectar defectos o daños graves en la tubería, o falta una evaluación científica, así como una tecnología de mantenimiento irrazonable, lo que provocará nuevos defectos y daños, que pueden provocar fallas en la tubería de presión y provocar accidentes.
Las cuatro razones anteriores pueden actuar solas o juntas, provocando fallas en la tubería. Además, puede haber algunas razones desconocidas que no se pueden encontrar en la actualidad, lo que provocará fallas en las tuberías y accesorios, y se debe prestar especial atención en los proyectos reales.
Formas de falla y causas de bridas y válvulas
Las bridas y válvulas son componentes importantes de las tuberías de presión, y su integridad también es de gran importancia para el funcionamiento seguro de las tuberías de presión.
Para las bridas, los principales modos de falla son: relajación de la tensión a altas temperaturas, lo que resulta en una deformación o deformación anormal de la boca de la brida y la superficie de la brida; sujetadores incompletos, como pernos de conexión o sujetadores, pueden causar holgura o corrosión; fallas en las bridas y fugas en las tuberías.
(1) Para las válvulas, una de las fallas es el bloqueo de la válvula. Las razones principales incluyen: el canal de control está bloqueado por escombros (el canal es pequeño y fácil de bloquear; el pistón está atascado en la posición más alta debido a la oxidación); Aunque la parte superior está tensada, no puede bajar y el canal principal no se puede abrir.
(2) El segundo fallo es que la válvula pasa directamente y no tiene efecto reductor de presión.
Las razones son: el pistón está atascado en una determinada posición (no en la posición más alta); el vástago de la válvula principal está atascado en una determinada posición del orificio guía (no en la posición cerrada del resorte); la placa de la válvula principal está rota o fallada; el vástago de la válvula de pulso está atascado en Una cierta posición en el orificio del asiento de la válvula (no en la posición cerrada) hace que siempre haya suciedad pegada o rayada bajo presión entre las dos superficies de sellado; el disco de la válvula principal y el asiento de la válvula principal; el diafragma está dañado debido a fatiga o daño No válido.
(3) El tercer fallo es que no se puede ajustar la presión detrás de la válvula. Además de los factores anteriores, las razones también pueden incluir: falla del resorte de ajuste; fuga de agua de la junta de la tapa de la botella y no se puede mantener la presión.
Además de los tres fallos anteriores, existe otro fenómeno: la presión detrás de la válvula fluctúa y es extremadamente inestable. Esto se debe a que el medio de entrada y el medio de salida son demasiado diferentes, por lo que es necesario volver a seleccionar válvulas con el mismo diámetro. Otra causa de presión inestable detrás de la válvula es la selección incorrecta del resorte regulador.
Formas y causas de fallo de soportes y colgadores
Los soportes y colgadores son los principales equipos de soporte de las tuberías a presión. Sus principales averías son las siguientes.
(1) La altura de trabajo del soporte de resorte no coincide con el valor de diseño. Es decir, el desplazamiento real de la tubería es diferente del desplazamiento calculado teóricamente. Esto puede deberse a que existen condiciones alrededor de la tubería que impiden la libre expansión térmica de la tubería o hay un error de cálculo en el diseño de la tubería;
(2) El asiento del cojinete está vacío. Esta situación ocurre a menudo en las secciones de tubería de entrada y salida de la bomba y en las secciones horizontales donde se tienden las tuberías a lo largo de la torre. Cuando el aumento de temperatura cambia durante el proceso de producción, el equipo en sí producirá un cierto desplazamiento, lo que hará que la tubería se mueva, provocando que el asiento del rodamiento se vacíe;
(3) El soporte guía está atascado o dañado. Cuando el marco guía se somete a un gran desplazamiento lateral de la tubería, el marco guía se atascará o dañará;
(4) El soporte de la tubería se desliza hacia abajo. Si la longitud de la placa deslizante del soporte para tuberías es demasiado corta durante la construcción, o el desplazamiento axial de la tubería considerado durante el diseño es demasiado pequeño, el soporte para tuberías puede deslizarse de la viga de soporte, haciendo imposible que se reinicie la tubería. cuando el equipo está apagado, causando daños a la tubería o viga de soporte.
Formas de falla y causas de los accesorios de seguridad
Los accesorios de seguridad también son componentes indispensables de las tuberías de presión, incluidos principalmente manómetros, válvulas de seguridad y discos de ruptura para proteger los equipos de las tuberías de presión en emergencias.
(1) Las fallas del manómetro generalmente incluyen: falla del indicador, escala poco clara, cristal de esfera roto, puntero que no regresa a cero después del alivio de presión, fuga del tubo de resorte en el manómetro o flojo o roto El puntero del manómetro o la carcasa está muy corroída, etc.
(2) La principal falla de la válvula de seguridad es: el sello de plomo está dañado u oxidado, o el período de verificación de calificación ha expirado.
(3) Las principales fallas de los discos de ruptura incluyen: dirección de instalación incorrecta o condiciones anormales como presión de ruptura y temperatura que no cumplen con los requisitos de uso.
El fallo de los accesorios de seguridad se debe principalmente a una selección inadecuada del instrumento, un tiempo de uso prolongado o muy malas condiciones de trabajo durante el funcionamiento.
Además, para garantizar una producción segura y reducir la intensidad de mano de obra de los operadores, se han aplicado sistemas de control automático en equipos químicos modernos, o los equipos químicos originales se han controlado y transformado automáticamente, utilizando muchos sensores. y elementos de control automático tales como terminales remotos para visualización. Por diversas razones, estos sensores y componentes de control también pueden fallar o mostrar datos inexactos después de un período de uso. Parte de esto puede estar relacionado con equipos de inspección anteriores, pero gran parte puede estar relacionado con diversos factores ambientales y de producción. Debido a limitaciones de espacio, las cuestiones relevantes deben comprenderse a través de libros profesionales.