液氮管道內壓力超過材料設計閾值時，會引發塑性變形或脆性破裂。例如，304 不銹鋼管道在 20℃時抗拉強度約 520MPa，但低溫環境下（-196℃）雖強度提升，韌性會下降，若壓力超過設計值（如 3.2MPa），焊縫或彎頭處易產生應力集中破裂。2019 年某化工企業因液氮泵故障導致管道壓力驟升至 4.5MPa，引發 316L 管道焊縫撕裂，液氮泄漏形成爆沸氣云。
壓力波動會破壞管道接口的密封平衡。法蘭連接中，金屬墊片在持續高壓下會產生塑性形變，當壓力波動超過 0.5MPa / 分鐘時，墊片回彈能力不足導致泄漏。某醫療實驗室曾因壓力調節閥故障，使管道壓力在 5 分鐘內從 0.3MPa 驟升至 1.2MPa，聚四氟乙烯密封墊因應力松弛失效，造成液氮泄漏至實驗室。
安全閥開啟壓力需嚴格匹配設計壓力（通常為工作壓力 1.1 倍），若壓力設定過低會頻繁泄壓，導致液氮浪費；設定過高則無法及時泄壓。例如，某 LNG 儲罐管道安全閥因誤調至 3.5MPa（設計壓力 2.5MPa），在壓力驟升時未啟動，最終引發管道鼓包泄漏。
碳鋼在 - 40℃以下會出現 “冷脆” 現象，當溫度降至 - 196℃（液氮沸點）時，沖擊吸收功可從 20℃的 200J 驟降至 20J 以下，極易發生脆性斷裂。因此，液氮管道必須采用奧氏體不銹鋼（如 304L）或鋁合金（5083-H112），其在 - 196℃時仍保持≥150J 的沖擊韌性（GB/T 229-2020 標準）。
管道從常溫（25℃）降至 - 196℃時，304 不銹鋼的線膨脹系數約為 16.9×10??/℃，10 米管道冷縮量可達 32mm。若未設置補償器（如 Ω 型膨脹節），軸向應力可超過材料屈服強度（205MPa），導致支架撕裂或法蘭偏移。某食品冷凍車間因未安裝膨脹節，首次降溫時管道彎頭處產生 1.2mm 裂紋，引發液氮噴射。
當管道絕熱層破損（如聚氨酯泡沫受潮），外界熱量侵入會使液氮氣化，體積膨脹 696 倍，導致壓力驟升。實驗數據顯示，1 立方米液氮完全氣化可使 10 立方米密閉空間壓力升高 7MPa。2022 年某生物樣本庫因管道絕熱層老化，日均蒸發量從 5L 升至 30L，最終導致儲存罐壓力超壓報警。
溫度升高→液氮氣化→壓力上升→若泄壓不及時→溫度進一步升高（氣化吸熱效應減弱），形成惡性循環。某半導體廠液氮管道因閥門結冰卡滯，導致 30 米管段密閉，日照升溫使管內壓力從 0.6MPa 升至 2.1MPa，最終法蘭螺栓斷裂泄漏。
- 材料選型：嚴格遵循 ASME B31.3，低溫段采用 316L 不銹鋼（-196℃許用應力 117MPa），焊接后進行 - 196℃低溫沖擊試驗（沖擊功≥47J）。
- 壓力溫度聯動監控：部署 PID 智能控制系統，當溫度高于 - 180℃時自動啟動液氮補充，壓力超過 1.1 倍設計值時聯動開啟安全閥與噴淋降溫。
- 絕熱與補償設計：采用雙層真空絕熱（夾層真空度≤10?3Pa），每 50 米設置軸向型波紋補償器（補償量≥50mm），并外包防潮鋁皮（水蒸氣透過率≤5g/㎡?24h）。
根據《壓力管道規范 - 工業管道》（GB/T 20801-2020），液氮管道屬 GC2 級，需滿足：
- 壓力試驗：水壓試驗為 1.5 倍設計壓力，保壓 30 分鐘無泄漏；
- 溫度監控：每 10 米設置鉑電阻溫度計（精度 ±0.5℃），數據接入 DCS 系統；
- 應急預案：配備液氮泄漏專用檢測儀（檢測下限 100ppm），人員需穿戴 - 200℃級低溫防護服（斷裂強度≥40N）。
液氮管道的安全本質是 “壓力 - 溫度 - 材料” 的動態平衡管理。通過低溫材料韌性優化、壓力溫度耦合監控及絕熱補償系統的協同設計，結合 GB/T 20801 與 ASME B31.3 的雙重標準管控，可將泄漏風險降至 10??次 / 小時以下。企業需建立壓力 - 溫度關聯的預測性維護模型，利用振動傳感器與紅外熱像儀實現隱患早期預警，從根本上保障低溫流體輸送安全。
