压力管道常见的失效类型和原因有哪些？
管道和管件的失效形式和原因
管材和管件作为压力管道的主要组成部分，对压力管道的安全运行至关重要。它们的主要失效形式包括变形、位移、振动、严重的壁厚减薄、裂纹和焊接缺陷。这些故障会损坏管道，甚至导致泄漏、爆管、断裂等各种事故。因此，有必要对管道和管件的故障进行有效的检测和监控。
(1)管道和管件的失效形式。
①变形。压力管道在安装、施工和长期使用过程中，由于外力、地质灾害等原因，管道会发生弯曲下沉，或管道相互碰撞，管道与相邻设备发生碰撞，产生塌陷、鼓包等异常变形，严重时可影响管道的正常安全运行。管道和管件的严重变形可以通过宏观检查发现，也可以通过管道变形检测仪等设备检测出来。
②位移。这里所说的位移是指可能对管道安全产生不利影响的大位移。当管道位移较大时，可能会影响相邻管道，或被相邻建筑构件的影响而堵塞，或对敏感设备产生较大的附加外力，等等。例如，管架上的管道因横向位移大而影响相邻管道；管架上的管道轴向位移大，导致管架滑出横梁；与梁柱相邻的管道的较大侧向位移被梁柱阻挡，导致管道的热位移被阻挡，或者热膨胀传递到另一端的支架或设备上；与敏感设备相连的管道，由于位移较大，导致管道对设备的附加应力超标，从而导致相应设备不能正常工作或损坏。
③机械振动。所谓机械振动，是指物体在其平衡(或平均)位置附近的往复运动。在石油化工装置中，除了往复式压缩机和往复泵的进出口管道的机械振动外，还经常遇到下列管道的机械振动，即两相流动介质的柱塞流引起的管道振动；介质水锤效应引起的管道振动；介质中涡流激励下的管道振动:离心机械动平衡不好引起的管道振动；风荷载引起的管道振动；地震荷载引起的管道振动；等一下。这些管道的振动有一个共同的特点，即不是正常运行条件下不可避免的机械振动，而是由于设计不当、操作不当或自然因素造成的机械振动。这些振动在工程上是有害的，可能影响管道和相关机器的正常运行，甚至导致介质泄漏，甚至管道疲劳破坏，造成火灾等重大事故。必须采取相应的措施来避免振动可能造成的损坏。
④管壁严重减薄。压力管道中介质的长时间高速流动，会使管道和管件内壁变薄或损坏密封副，影响其抗压强度和密封性能。同时，如果管道的防腐层被破坏，容易引起介质综合作用引起的均匀腐蚀，使管道的壁厚会随着使用时间的延长而不断减薄。此外，由于防腐层的局部损坏，可能会发生管道的局部腐蚀，从而加剧管道的腐蚀速度，严重影响管道的使用寿命。当管道的壁厚减小到一定值时，管道将难以承受负荷载，即管道将因强度不足而破坏。
⑤裂纹。压力管道在运行中受到疲劳、应力腐蚀、氢腐蚀和动载荷的作用，经过一段时间后，微裂纹会萌生，进而扩展为宏观裂纹。裂纹是压力管道的严重缺陷之一。一旦裂纹迅速扩展，如果不采取有效措施，就可能发生爆管事故，造成一系列严重后果。产生裂纹的主要原因包括以下几种情况:一是管道轧制和焊接残余应力引起的裂纹；二是管道在使用中因疲劳、腐蚀和振动而产生的裂缝；三是管道压力和温度频繁波动导致的裂纹。一般来说，没有必要在出现裂纹后立即报废现有的压力管道。通常，可以评估裂纹扩展及其最终断裂条件，从而计算其剩余寿命。管道在剩余寿命期间是安全的。
⑥焊接缺陷。管件焊缝外观质量超标，主要表现在焊缝金属超高、未焊透、咬边、焊瘤、母材(尤其是合金母材)上飞溅等。这些焊缝缺陷会影响焊接接头的性能，进而危及管道的安全。
(2)管道和配件故障的原因。压力管道管件失效的原因很多，可分为以下几类:
①机械损伤。机械损伤主要包括蠕变、疲劳和外部损伤。如第五章所述，蠕变是金属材料在高温和应力的长期作用下发生缓慢塑性变形的现象。在金属材料的蠕变过程中，晶界处会逐渐形成圆形或楔形孔洞，并由于孔洞的长大和相互连接而形成沿晶粒的蠕变微裂纹，这在宏观上表现了金属材料的过渡变形。由于压力和温度异常波动的影响，管壁应力值增大或材料力学性能下降，成为蠕变失效的根源。在高温和应力的作用下，金属材料发生蠕变是绝对的。但蠕变对管道的破坏是一个缓慢而长期的过程，其破坏会在管道预期使用寿命的后期逐渐显现。
如果管道长期承受一个大小和方向随时间周期性变化的交变载荷，就会形成疲劳裂纹核，并逐渐扩展，最终导致管道断裂等事故。管道的交变载荷主要有几个原因:一是管道反复加压减压，通过间歇输送介质来升降温；二是运行中压力波动大；三是运行中温度周期性变化，使管壁产生反复的温度应力变化；第四，由于其他设备和支架的交变外力和强迫振动。在反复交变载荷的作用下，管道几何形状的不连续部分和焊缝附近存在应力集中，可能达到或超过材料的屈服极限。如果这些应力交替加载和卸载，应力最大的晶粒将发生塑性变形，并逐渐发展成微裂纹。随着应力循环的变化，微裂纹会逐渐扩展，最终导致失效。
外部损坏也会对管道和管件产生严重影响。地震、大风、洪水、雷击等自然灾害会导致管道的机械损伤，而管钳压痕等人为机械损伤则可能加剧管道的腐蚀等损伤，人为损伤是管道泄漏、爆管等严重事故的原因之一。
②腐蚀。压力容器可能会被腐蚀损坏，腐蚀也是管道损坏的重要原因之一。管道腐蚀是指管道在内部介质、外部环境和应力的作用下，发生化学或电化学反应，使管道发生退化或失效的现象。有时不合理的操作会导致介质浓度的变化，加剧腐蚀破坏。持续的腐蚀会严重降低管道的壁厚，甚至使其破裂。根据压力管道腐蚀的部位，可分为外腐蚀和内腐蚀。根据腐蚀的破坏程度，管道腐蚀可分为全面腐蚀(均匀腐蚀)、局部腐蚀(点蚀)和应力腐蚀。其中应力腐蚀往往是突然发生的，没有任何征兆，所以危害更大。
应力腐蚀开裂和断裂是管道在拉应力和腐蚀介质共同作用下的破坏，可发生在管道的生产过程中、使用前，甚至是加工成型过程中，是管道腐蚀的主要原因之一。应力腐蚀裂纹常发生在管道的纵缝和环缝中，常伴有严重的点蚀和其他一般腐蚀。除介质外，应力集中的存在是应力腐蚀的主要原因。应力包括矫直、硬化和弯曲产生的残余应力、安装不良产生的结构应力和焊接时热分布不均匀产生的焊接应力。大量统计表明，由加工和焊缝残余应力引起的事故占管道应力腐蚀事故总数的80%以上。从实际运行来看，细管容易发生应力腐蚀破坏，而厚壁管不易断裂，这可能是因为同等条件下细管变形后产生的残余应力一般大于厚壁管。
③设计和选材不合理。压力管道设计不合理，制造和施工过程中的缺陷，如管道柔性不合格、选材不当或原始缺陷、焊接不当或冶金超标等，都可能造成材料性能的劣化、损伤或破裂，并可能在管道的某些部位产生较大应力，导致管道发生低应力脆性断裂，最终促使压力管道失效，造成严重事故。
④操作和维护错误。压力管道违反操作规程操作会恶化其实际工况，包括超压、超温、腐蚀介质超标、压力和温度脉动异常等。运行温度低会降低材料的韧性和允许的临界裂纹尺寸，可能导致管道脆性破坏，温度过高和压力过大也会导致管道接头泄漏。管道上的严重缺陷或损伤不能被检测出来，或缺乏科学的评价，以及不合理的维修技术会造成新的缺陷和损伤，从而可能导致压力管道的失效，导致事故的发生。
以上四种原因可能单独作用，也可能共同作用，从而造成管道失效。另外，可能还有一些目前查不出来的未知原因，会造成管道和管件的失效，在实际工程中需要特别注意。
法兰和阀门的失效形式和原因
法兰和阀门是压力管道的重要组成部分，其完整性对压力管道的安全运行也具有重要意义。
对于法兰来说，主要失效形式有:高温下应力松弛，导致法兰口和法兰面异常翘曲或变形；连接螺栓等紧固件不完整，或紧固件松动或腐蚀可能导致法兰失效和管道泄漏。
(1)对于阀门，故障之一是阀门堵塞。主要原因包括:控制通道被杂物堵塞(通道小，容易堵塞)；由于生锈，活塞卡在最高位置。虽然上半部分受力，但不能下移，打不开主通道。
(2)第二个故障是阀门直通，没有减压作用。原因是:活塞卡在某个位置(不是最高位置)；主阀的阀杆卡在导向孔的某个位置(不是关闭位置)；主阀盘下部弹簧断裂或失效；脉冲阀的阀杆卡在阀座孔内的某个位置(不是关闭位置)，使其始终处于受压状态；主阀瓣和主阀座的两个密封面之间有污垢卡住或划伤；隔膜因疲劳或损坏而失效。
(3)第三个故障是阀后压力无法调节。除上述因素外，原因还可能包括:调节弹簧失效；瓶盖接头处漏水，压力无法维持。
除了以上三种故障，还有一种现象，就是阀后压力脉动波动，极不稳定。这是因为输入介质和输出介质相差太大，要重新选择相同阀径的阀门。阀后压力不稳定的另一个原因是调节弹簧选择不当。
支吊架的失效形式及原因
支吊架是压力管道的主要支撑设备，其主要故障如下。
(1)弹簧吊架的工作高度与设计值不符。也就是说，管道的实际位移与理论计算的位移不同。这可能是因为管道周围存在阻碍管道自由热膨胀的条件；或者管道设计时出现计算错误；
(2)轴承座是空的。这种情况经常发生在泵的进出口管道段和管道沿塔敷设的水平段。当生产过程中温升发生变化时，设备本身会产生一定的位移，从而带动管道发生位移，导致轴承座空；
(3)导向支架卡住或损坏。当导向架遭受管道较大横向位移时，会造成导向架被卡或损坏；
(4)管道支架向下滑动。如果施工时管架的滑板长度过短，或设计时考虑的管道轴向位移过小，管架可能会从支撑梁上滑落，使设备停机时管道无法复位，造成管道或支撑梁损坏。
安全附件的失效形式和原因
安全附件也是压力管道不可缺少的部件，主要包括压力表、安全阀和爆破片，在紧急情况下保护压力管道设备。
(1)压力表的故障一般有:指示器失灵、刻度不清、表盘玻璃破裂、卸压后指针不回零、表内弹簧管泄漏或压力表指针松动、指针断裂或外壳严重腐蚀等。
(2)安全阀的主要故障是:铅封损坏或生锈，或已过合格校验期。
(3)爆破片的主要故障包括:安装方向错误，或爆破压力和温度不符合使用要求等异常情况。
安全附件失效主要是由于仪表选择不当、使用时间过长或运行时工作条件非常恶劣造成的。
此外，为了保证安全生产，减轻操作人员的劳动强度，现代化工设备中已经应用了自动控制系统，或者对原有的化工设备进行了自动控制和改造，使用了许多传感器和自动控制元件，如用于显示的远程终端。由于各种原因，在使用一段时间后，这些传感器和控制部件也可能失效或显示数据不准确。部分原因可能与之前的检测设备有关，但大部分可能与各种生产和环境因素有关。由于篇幅所限，相关问题需要通过专业书籍来了解。