液氮管道内压力超过材料设计阈值时，会引发塑性变形或脆性破裂。例如，304 不锈钢管道在 20℃时抗拉强度约 520MPa，但低温环境下（-196℃）虽强度提升，韧性会下降，若压力超过设计值（如 3.2MPa），焊缝或弯头处易产生应力集中破裂。2019 年某化工企业因液氮泵故障导致管道压力骤升至 4.5MPa，引发 316L 管道焊缝撕裂，液氮泄漏形成爆沸气云。
压力波动会破坏管道接口的密封平衡。法兰连接中，金属垫片在持续高压下会产生塑性形变，当压力波动超过 0.5MPa / 分钟时，垫片回弹能力不足导致泄漏。某医疗实验室曾因压力调节阀故障，使管道压力在 5 分钟内从 0.3MPa 骤升至 1.2MPa，聚四氟乙烯密封垫因应力松弛失效，造成液氮泄漏至实验室。
安全阀开启压力需严格匹配设计压力（通常为工作压力 1.1 倍），若压力设定过低会频繁泄压，导致液氮浪费；设定过高则无法及时泄压。例如，某 LNG 储罐管道安全阀因误调至 3.5MPa（设计压力 2.5MPa），在压力骤升时未启动，最终引发管道鼓包泄漏。
碳钢在 - 40℃以下会出现 “冷脆” 现象，当温度降至 - 196℃（液氮沸点）时，冲击吸收功可从 20℃的 200J 骤降至 20J 以下，极易发生脆性断裂。因此，液氮管道必须采用奥氏体不锈钢（如 304L）或铝合金（5083-H112），其在 - 196℃时仍保持≥150J 的冲击韧性（GB/T 229-2020 标准）。
管道从常温（25℃）降至 - 196℃时，304 不锈钢的线膨胀系数约为 16.9×10??/℃，10 米管道冷缩量可达 32mm。若未设置补偿器（如 Ω 型膨胀节），轴向应力可超过材料屈服强度（205MPa），导致支架撕裂或法兰偏移。某食品冷冻车间因未安装膨胀节，首次降温时管道弯头处产生 1.2mm 裂纹，引发液氮喷射。
当管道绝热层破损（如聚氨酯泡沫受潮），外界热量侵入会使液氮气化，体积膨胀 696 倍，导致压力骤升。实验数据显示，1 立方米液氮完全气化可使 10 立方米密闭空间压力升高 7MPa。2022 年某生物样本库因管道绝热层老化，日均蒸发量从 5L 升至 30L，最终导致储存罐压力超压报警。
温度升高→液氮气化→压力上升→若泄压不及时→温度进一步升高（气化吸热效应减弱），形成恶性循环。某半导体厂液氮管道因阀门结冰卡滞，导致 30 米管段密闭，日照升温使管内压力从 0.6MPa 升至 2.1MPa，最终法兰螺栓断裂泄漏。
- 材料选型：严格遵循 ASME B31.3，低温段采用 316L 不锈钢（-196℃许用应力 117MPa），焊接后进行 - 196℃低温冲击试验（冲击功≥47J）。
- 压力温度联动监控：部署 PID 智能控制系统，当温度高于 - 180℃时自动启动液氮补充，压力超过 1.1 倍设计值时联动开启安全阀与喷淋降温。
- 绝热与补偿设计：采用双层真空绝热（夹层真空度≤10?3Pa），每 50 米设置轴向型波纹补偿器（补偿量≥50mm），并外包防潮铝皮（水蒸气透过率≤5g/㎡?24h）。
根据《压力管道规范 - 工业管道》（GB/T 20801-2020），液氮管道属 GC2 级，需满足：
- 压力试验：水压试验为 1.5 倍设计压力，保压 30 分钟无泄漏；
- 温度监控：每 10 米设置铂电阻温度计（精度 ±0.5℃），数据接入 DCS 系统；
- 应急预案：配备液氮泄漏专用检测仪（检测下限 100ppm），人员需穿戴 - 200℃级低温防护服（断裂强度≥40N）。
液氮管道的安全本质是 “压力 - 温度 - 材料” 的动态平衡管理。通过低温材料韧性优化、压力温度耦合监控及绝热补偿系统的协同设计，结合 GB/T 20801 与 ASME B31.3 的双重标准管控，可将泄漏风险降至 10??次 / 小时以下。企业需建立压力 - 温度关联的预测性维护模型，利用振动传感器与红外热像仪实现隐患早期预警，从根本上保障低温流体输送安全。
