壓力管道的破壞類別與防護(hù)措施探討

摘要：隨著壓力管道使用領(lǐng)域和數(shù)量的不斷增多，相應(yīng)的破壞問題與防護(hù)措施研究顯得十分迫切。文章從壓力管道的破壞類別入手，著重探討了相關(guān)的防護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：壓力管道；破壞類別；防護(hù)措施；管道運(yùn)輸；運(yùn)輸介質(zhì) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TQ015 文章編號(hào)：1009-2374（2015）12-0065-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.032

1 概述

隨著人民生活水平的提高，壓力管道的應(yīng)用范圍越來越廣泛，由原來的石油、化工、冶金等工業(yè)領(lǐng)域擴(kuò)展到供電、城建、燃?xì)狻崃Φ让裼妙I(lǐng)域。壓力管道承載與輸送的是氣體或液體介質(zhì)，是引發(fā)毒氣泄漏、火災(zāi)、爆炸等安全事故的源頭。同時(shí)，隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的深入，對(duì)于保障人民生命和國(guó)家財(cái)產(chǎn)安全，壓力管道的安全性問題越發(fā)突顯出來。如何強(qiáng)化壓力管道的防護(hù)工作，已經(jīng)成為一個(gè)重要的課題。本文從壓力管道的破壞類別入手，著重探討相關(guān)的防護(hù)措施。

2 壓力管道的破壞類別

壓力管道所處的環(huán)境都比較惡劣，高溫高壓、低溫真空、地下承壓泡水；壓力管道運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)都比較特殊，油品、天然氣、熱水熱氣、冷卻液、毒氣、化工原料等；壓力管道的材質(zhì)、施工、安裝都比較復(fù)雜。正是因?yàn)閴毫艿来嬖趶?fù)雜的多樣性，所以其破壞類型也表現(xiàn)為多樣性，主要有韌性破壞、腐蝕破壞、脆性破壞、疲勞破壞、蠕變破壞、沖刷磨損減薄破壞。

2.1 韌性破壞

當(dāng)壓力管道長(zhǎng)期處于超壓運(yùn)行狀態(tài)，管道的直徑會(huì)出現(xiàn)局部膨脹的情況，其周長(zhǎng)的伸長(zhǎng)率可達(dá)10%～20%，勢(shì)必會(huì)造成管壁的減薄，這種變化稱作塑性變形，在塑性變形達(dá)到一定程度的時(shí)候，突破管道材料的應(yīng)力極限，管道在應(yīng)力方向上就會(huì)出現(xiàn)斷裂。

2.2 腐蝕破壞

腐蝕破壞是最常見的破壞類型，表現(xiàn)的形式也比較多，主要有全面腐蝕、點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、氫腐蝕和磨損腐蝕等。

2.2.1 全面腐蝕，又稱作均勻腐蝕，是最常見的腐蝕形式，在管道的內(nèi)外都可能發(fā)生，在管道外壁，多因?yàn)楸Ｗo(hù)層損壞遭受潮濕環(huán)境中的氧分子的銹蝕；在管道內(nèi)壁，多因?yàn)檩斔徒橘|(zhì)與管道發(fā)生化學(xué)、物理反應(yīng)。

2.2.2 點(diǎn)腐蝕，多發(fā)生在焊縫熱影響區(qū)，此處材質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)因?yàn)樵诤附訒r(shí)受到焊藥、熱處理效應(yīng)的影響，對(duì)輸送介質(zhì)的抗腐蝕能力相對(duì)較弱。點(diǎn)蝕的表現(xiàn)特點(diǎn)是在管道內(nèi)壁出現(xiàn)局部腐蝕點(diǎn)，然后在材質(zhì)相近的地方逐漸擴(kuò)大腐蝕范圍，是最具破壞性和隱蔽性的腐蝕形式之一。

2.2.3 縫隙腐蝕，在每節(jié)管道的連接處、法蘭墊片處、焊接缺陷處，不可避免地會(huì)存在縫隙，當(dāng)介質(zhì)為電解質(zhì)溶液，且存在酸堿性雜物的時(shí)候，在這些縫隙處，均會(huì)出現(xiàn)縫隙腐蝕。

2.2.4 晶間腐蝕，該腐蝕發(fā)生在不銹鋼管道焊縫處，壁厚減薄不明顯，由于不銹鋼特殊的金屬光澤，該腐蝕具有較強(qiáng)的隱蔽性，只觀察管壁很難被識(shí)破，只有采用力學(xué)性能測(cè)驗(yàn)和金相試驗(yàn)才能發(fā)現(xiàn)。

2.2.5 應(yīng)力腐蝕，多發(fā)于管內(nèi)壓力溫度比較大，輸送介質(zhì)具有腐蝕性的管道中，例如蒸汽管線，含氯化物的奧氏體不銹鋼管道。在應(yīng)力與腐蝕性介質(zhì)的共同作用之下，管道內(nèi)壁會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的點(diǎn)狀或條狀腐蝕形式，需要運(yùn)用射線、超聲波等檢測(cè)手段才能確定。

2.2.6 氫腐蝕，在高溫高壓作用之下，外界環(huán)境中的氫原子深入到管道鋼材內(nèi)部，使其機(jī)械性能變劣，導(dǎo)致鋼材的強(qiáng)度與韌性出現(xiàn)明顯下降的后果。當(dāng)管道的材質(zhì)為低合金鋼和高強(qiáng)度不銹鋼的時(shí)候，最容易發(fā)生氫腐蝕。這類腐蝕的主要檢測(cè)手段為超聲波檢測(cè)，另外需要配合金相與含碳量分析。

2.2.7 磨損腐蝕，其發(fā)生的原因有兩種：一是氣體、液體介質(zhì)中的微小固體顆粒對(duì)管道內(nèi)壁的摩擦；二是液、固體介質(zhì)與管道內(nèi)壁發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦。當(dāng)摩擦作用破壞掉內(nèi)壁保護(hù)膜之后，該腐蝕速度會(huì)加快。通過檢測(cè)管壁厚度，即可知道磨損腐蝕的程度。

2.3 脆性破壞

脆性破壞的表現(xiàn)特點(diǎn)是斷裂速度極快，往往發(fā)生在瞬間，幾乎沒有塑性變形過渡，管道直接碎裂成為碎片。這種情況多發(fā)于低溫高壓狀態(tài)，雖然管道材質(zhì)的應(yīng)力依然很強(qiáng)，但是由于管道材質(zhì)存在缺陷，焊接處熱應(yīng)力未消退，于是這些缺陷處的韌性降低，對(duì)壓力的敏感度降低，很容易發(fā)生管道脆性破壞。

2.4 疲勞破壞

金屬材料發(fā)生疲勞的原因是反復(fù)增加和降低載荷的結(jié)果。疲勞破壞的特點(diǎn)是在反復(fù)載荷以后沒有明顯的塑性變形，裂紋的發(fā)展較為緩慢。產(chǎn)生疲勞破壞的主要原因是：泵站、動(dòng)力設(shè)備等機(jī)械安裝不平衡，產(chǎn)生的過震效應(yīng)通過管道得到放大；管道在內(nèi)外壞境的影響下，熱脹冷縮作用使其反復(fù)變形。

2.5 蠕變破壞

蠕變是一種緩慢變化的過程，隨著使用時(shí)間的增加，管道在高溫高壓的作用之下，出現(xiàn)管壁變薄、管徑增粗的變化，最后發(fā)生管壁破裂。蠕變破壞不易被發(fā)現(xiàn)，檢測(cè)困難，待破壞發(fā)生之后，管道塑性變形明顯，金相組織變化明顯，所以蠕變破壞的危害性與破壞力都比較大。蠕變破壞的預(yù)防需要從管道的選材、加工、熱處理、鋪設(shè)安裝等全方位加以控制。

2.6 沖刷磨損減薄破壞

沖刷磨損減薄破壞的特點(diǎn)是：材料的塑性變形較大，斷面不整齊呈犬牙狀，碎片少。及時(shí)更換管壁過薄的管道和防止長(zhǎng)期超壓輸送是避免此類破壞事故的

方法。

3 壓力管道的防護(hù)措施

壓力管道的防護(hù)措施完全表現(xiàn)在檢驗(yàn)檢測(cè)方面，離開它就無法有效保證壓力管道的運(yùn)行安全，也就談不上防護(hù)了。壓力管道的檢驗(yàn)分為役前檢驗(yàn)、在線檢驗(yàn)和全面檢驗(yàn)。

3.1 役前檢驗(yàn)

役前檢驗(yàn)是壓力管道在制造安裝之后，正式使用之前，由專業(yè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的應(yīng)用資格的審查與檢驗(yàn)。役前檢驗(yàn)不屬于壓力管道使用單位的職責(zé)，故不在此

討論。

3.2 在線檢驗(yàn)

在線檢驗(yàn)指的是在壓力管道正常使用的狀態(tài)中，使用單位對(duì)管道進(jìn)行的宏觀的、常規(guī)的檢驗(yàn)，是在不拆除保溫層與防護(hù)層的前提下，在一年內(nèi)按照一定的時(shí)間周期進(jìn)行檢驗(yàn)。在線檢驗(yàn)的內(nèi)容有：（1）泄漏檢查，檢查重點(diǎn)是管道外觀、焊縫、閥門等；（2）檢查管道的振動(dòng)以及與相鄰物的摩擦情況；（3）檢查保溫層或防護(hù)層是否破損；（4）檢查各個(gè)操控部件與固定螺栓的使用情況；（5）檢測(cè)管壁，使用超聲波等技術(shù)手段檢測(cè)壁厚，記錄腐蝕、變形情況。

3.3 全面檢驗(yàn)

全面檢驗(yàn)指的是在暫停使用壓力管道的前提下，對(duì)管道進(jìn)行內(nèi)外全方位的檢驗(yàn)，該檢驗(yàn)周期一般為每6年進(jìn)行一次。全面檢驗(yàn)包括宏觀檢查和測(cè)厚。測(cè)厚的重要的技術(shù)手段是無損探傷與理化檢驗(yàn)。

3.3.1 宏觀檢查的內(nèi)容包括：（1）在線檢驗(yàn)的全部項(xiàng)目；（2）管道外壁的腐蝕、變形、損傷、溫度、固定、連接等；（3）管道連接處的焊接、管道彎頭是否有異常。

3.3.2 測(cè)厚：在管道易受介質(zhì)沖刷及積液部位，根據(jù)管道直徑選擇若干測(cè)厚點(diǎn)，對(duì)管壁進(jìn)行厚度檢測(cè)。管道直徑越大，選擇的測(cè)厚點(diǎn)數(shù)量越多，最少選擇3個(gè)點(diǎn)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常的時(shí)候，需在異常部位增加測(cè)厚點(diǎn)數(shù)量，以便進(jìn)一步確定損傷情況。

3.3.3 無損探傷：使用射線或超聲波，在管道外壁對(duì)管道內(nèi)部進(jìn)行損傷探測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)腐蝕裂紋、應(yīng)力跡象、焊接裂隙、管壁厚度變化等安全隱患。

3.3.4 理化檢驗(yàn)：運(yùn)用化學(xué)分析、硬度測(cè)定、金相組織檢查、機(jī)械性能試驗(yàn)等手段，抽查不同部位、不同深度的管壁材質(zhì)，可以更加精確地判定管道的破裂傾向，可以全面地了解管道的安全情況。

4 結(jié)語

總之，保證壓力管道的正常運(yùn)行是一件很嚴(yán)肅的工作，了解掌握壓力管道破壞類型與正確的防范措施，是防止壓力管道發(fā)生安全事故的有效保障，對(duì)于維護(hù)社會(huì)安定、保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 張俊峰.化工行業(yè)壓力管道的破壞和無損檢測(cè)[J].湖北化工，2009，（7）.

[2] 馮冊(cè)源.壓力管道防護(hù)、檢驗(yàn)和注意事項(xiàng)[J].中國(guó)科技信息，2014，（13）.

[3] 姜德林，王志杰，孫霞.壓力管道的破壞形式和預(yù)防措施[J].化工技術(shù)與開發(fā)，2011，（5）.

[4] 牟參春.化工行業(yè)壓力管道的破壞和檢驗(yàn)[J].鍋爐壓力容器安全技術(shù)，2009，（5）.

作者簡(jiǎn)介：毛衛(wèi)東，男，寶雞市泰和化工科技有限公司化工機(jī)械工程師，研究方向：壓力容器設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）