壓力管道檢驗(yàn)中的缺陷與防止措施研究

尚自忠

摘要：受到設(shè)計(jì)、制作、安裝、管理等多方面問題的影響，在實(shí)際使用的過程當(dāng)中壓力管道的破壞性事故頻繁發(fā)生，事故所造成的危害性不容忽視。通過合理的檢驗(yàn)?zāi)軌蚣皶r(shí)發(fā)現(xiàn)壓力管道中的缺陷并采取相應(yīng)的防止措施，進(jìn)而有效地避免事故的發(fā)生。本文將對(duì)壓力管道的缺陷形式做出簡(jiǎn)介，并結(jié)合具體案例分析壓力管道檢驗(yàn)中存在的缺陷，在此基礎(chǔ)上提出防止壓力管道缺陷的措施，以期為當(dāng)下的壓力管道檢驗(yàn)工作提供一定的參考作用。

關(guān)鍵詞：壓力管道；缺陷形式；缺陷檢驗(yàn)；防止措施

一、壓力管道的主要缺陷形式

1.脆性破壞。脆性破壞現(xiàn)象類似脆性材料的破壞，通常發(fā)生于一瞬間并迅速擴(kuò)展，由于其發(fā)生時(shí)應(yīng)力較低故又被稱為低應(yīng)力破壞。因熱處理、焊接不當(dāng)而導(dǎo)致的材料脆性和安裝時(shí)焊縫遺留的缺陷、使用中出現(xiàn)的缺陷等嚴(yán)重缺陷是造成脆性破壞的主要原因，除此之外，脆斷破壞還會(huì)在加載速度、結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中和殘余應(yīng)力等情況下加速。

2.韌性破壞。韌性破壞指的是管道受壓后管壁應(yīng)力超過材料強(qiáng)度極限而出現(xiàn)斷裂的破壞形式，其根本原因是超壓，主要表現(xiàn)為管道直徑加大、局部鼓脹、管壁減薄、周長(zhǎng)伸長(zhǎng)率達(dá)到10%以上，因此韌性破壞的基本特征便是管道出現(xiàn)明顯變形。其斷口形狀如圖1所示。

3.疲勞破壞。金屬在承受交變載荷作用的情況下，雖然應(yīng)力產(chǎn)生的載荷較小且一般比材料屈服極限低，但是在承載時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)也會(huì)出現(xiàn)斷裂情況，即為疲勞破壞。疲勞破壞最容易發(fā)生在管道的應(yīng)力集中處和有裂紋類原是缺陷的焊縫處，其斷口處會(huì)有明顯的裂紋產(chǎn)生區(qū)、裂紋擴(kuò)區(qū)及最終斷裂區(qū)。

4.腐蝕破壞。腐蝕破壞指的是因管道外部環(huán)境、內(nèi)部輸送物料化學(xué)、電化學(xué)作用而引發(fā)的破壞形式，包括：全面腐蝕；點(diǎn)蝕或縫隙、焊接接頭、冷凝液、涂層破損處局部大氣、磨損腐蝕等局部腐蝕；堿脆、硫化物腐蝕、不銹鋼氯離子應(yīng)力腐蝕等應(yīng)力腐蝕破裂；氫脆、氫腐蝕、脫碳、氫鼓泡和氫誘發(fā)階梯裂紋等氫損傷。其中應(yīng)力腐蝕破裂的危害性最強(qiáng)。壓力管道在受腐蝕后壁厚會(huì)慢慢變薄直至破壞。

二、壓力管道的缺陷檢驗(yàn)及其防止措施

（一）實(shí)例一：

缺陷檢驗(yàn)：某類別為GC3的壓力管道全長(zhǎng)560m，使用了∮159×6mm規(guī)格的無縫管，其防腐層、保溫層、保護(hù)層分別采用了氫凝漆、聚氨酯和玻璃絲布刷玻璃鋼材料，使用直埋結(jié)合局部架空的敷設(shè)方式，使用參數(shù)是0.6MPa/164℃/飽和蒸汽。因該段管道在2014年的供暖期間出現(xiàn)泄漏損壞并進(jìn)行了搶修與更換，在開挖檢驗(yàn)時(shí)選取該損壞部位和附近管段為抽查對(duì)象，檢驗(yàn)流程如圖2。檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)管道截管的更換附近部位保護(hù)層存在玻璃鋼的涂刷不均勻，在將保護(hù)層、保溫層去除之后發(fā)現(xiàn)管道的外表面有油漆剝落狀況和腐蝕坑深1-2mm的嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象，管道打磨后經(jīng)超聲波測(cè)厚儀測(cè)出最小壁厚為2.1mm同時(shí)PH值測(cè)試顯示土壤呈酸性。

引起壓力管道腐蝕的原因多種多樣，在對(duì)該管道情況進(jìn)行具體分析后得出其腐蝕破壞原因主要包括：管道使用年限過長(zhǎng)；保護(hù)層的不均勻涂刷使得管道保護(hù)與防水不到位，致使保溫層內(nèi)出現(xiàn)滲水；管道的外部環(huán)境潮濕；氫凝漆防腐之前的除銹工作不足且涂刷不夠均勻，難以實(shí)現(xiàn)良好的防腐效果；管道穿越道路的部分缺少套管、覆蓋層保護(hù)；重型車輛的經(jīng)常性通過使管道在道路沉降的載荷作用下發(fā)生破壞。在外力因素和介質(zhì)化學(xué)、電化學(xué)作用的共同影響下最終導(dǎo)致壓力管道產(chǎn)生腐蝕破壞。

防止措施：1.設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。為了確保壓力管道具備足夠的載重能力，道路下穿越的壓力管道頂部與路面之間的距離應(yīng)當(dāng)≥700mm；在布置帶有外護(hù)套、隔熱層的埋地壓力管道時(shí)需具備一定的柔性且應(yīng)在外套內(nèi)預(yù)留足夠的內(nèi)管熱脹空間；穿越道路部分的壓力管道可通過帶套管穿越、管道上加設(shè)覆蓋層等方式來加強(qiáng)防護(hù)，管道、套管間可采用套管方式并對(duì)兩端做好絕緣密封以實(shí)現(xiàn)電絕緣，為了防止產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，必須嚴(yán)格防止地下水滲入，必要時(shí)可采取陰極保護(hù)措施。

2.安裝施工環(huán)節(jié)。嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)做好壓力管道的防腐層、保護(hù)層和保溫層的施工，確保沒有漏涂、漏刷或防腐層破損等情況；在管溝底部鋪設(shè)0.2m細(xì)土、細(xì)砂墊層后再進(jìn)行下管，并且在用原土回填夯實(shí)前必須先用砂或細(xì)土回填到管頂以上0.2-0.3m；穿越公路段的壓力管道位置需埋設(shè)標(biāo)有里程、位置、走向等信息的管道穿越樁對(duì)過往車輛進(jìn)行提示，從而盡量減少重型車輛的通行。

3.運(yùn)行維護(hù)環(huán)節(jié)。一方面，必須選用設(shè)計(jì)與制造質(zhì)量滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、要求且結(jié)構(gòu)合理的壓力管道，復(fù)合材料、涂料在應(yīng)力管道防腐技術(shù)中受到了最為普遍的應(yīng)用，針對(duì)一些強(qiáng)腐蝕性的介質(zhì)應(yīng)當(dāng)使用非金屬耐腐蝕性材料，條件允許的情況下可對(duì)局部管線采用緩蝕劑技術(shù)與陰極保護(hù)技術(shù)。另一方面，需在影響壓力管道安全處設(shè)置帶有標(biāo)識(shí)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過管道運(yùn)行狀態(tài)下的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)來有選擇地標(biāo)識(shí)管道危險(xiǎn)點(diǎn)、薄弱點(diǎn)、熱狀態(tài)下可能出現(xiàn)疲勞等失穩(wěn)現(xiàn)象的典型點(diǎn)、重點(diǎn)無損檢測(cè)點(diǎn)以及重點(diǎn)腐蝕檢測(cè)點(diǎn)等。

（二）實(shí)例二：

缺陷檢驗(yàn)：某化工股份有限公司脫碳塔出口管道編號(hào)為HC-Q168，管道材料標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)為20#鋼，管道規(guī)格為：外徑550.0mm，標(biāo)準(zhǔn)壁厚為10.0mm，設(shè)計(jì)壓力取值為1.6MPa，工作壓力取值為1.1MPa。設(shè)計(jì)溫度為常溫，以氨為工作介質(zhì)，管道等級(jí)為GC2級(jí)，管道總體長(zhǎng)度為20.0m，全場(chǎng)范圍內(nèi)共設(shè)置有12道對(duì)接焊縫，以脫碳塔為起始位置，以氨冷器為終止位置。在2014年4月20日，首次針對(duì)該管道進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，通過X射線探傷檢查發(fā)現(xiàn)有對(duì)接焊縫存在夾渣缺陷，寬度為7.0mm，具體表現(xiàn)為長(zhǎng)度52.0mm未熔合缺陷。

導(dǎo)致產(chǎn)生該缺陷的主要原因包括以下幾個(gè)方面：1.焊接電流過低以及坡口角度過??；2.焊接件邊緣有氧切割或碳弧氣刨熔渣，邊緣未清理干凈，殘留碳化物以及氧化物鐵皮；3.在堿性焊條過程中因電弧過長(zhǎng)或極性不正確導(dǎo)致夾渣。

防止措施：1.斷開缺陷焊縫兩端的管道連接，并將管道內(nèi)部清理干凈，達(dá)到施焊要求；2.修磨焊縫至缺陷消失，修磨后的焊縫表面應(yīng)經(jīng)表面探傷合格；3.施焊焊工應(yīng)持有鍋爐壓力容器焊工資質(zhì)和相應(yīng)合格項(xiàng)目；4.挖補(bǔ)所用的材料（焊接材料）應(yīng)滿足管道原設(shè)計(jì)要求；5.焊后應(yīng)對(duì)焊接接頭進(jìn)行x射線探傷檢查；6.焊后應(yīng)對(duì)焊接接頭進(jìn)行局部熱處理，減少或消除焊接的殘余應(yīng)力。

三、總結(jié)

相比較鍋爐壓力容器而言，壓力管道被正式納入到安全管理、監(jiān)察相關(guān)規(guī)定中的時(shí)間還不長(zhǎng)，其安全管理與監(jiān)察亟待進(jìn)一步加強(qiáng)。壓力管道的安全管理與檢測(cè)工作必須嚴(yán)格貫徹《壓力管道安全管理與檢查規(guī)定》等系列法律法規(guī)，在檢測(cè)中結(jié)合壓力管道的實(shí)際破壞情況從設(shè)計(jì)、安裝施工、運(yùn)行維護(hù)各個(gè)環(huán)節(jié)采取措施來防止缺陷的出現(xiàn)，及時(shí)、徹底地排除安全隱患，從而提高壓力管道的安全性與可靠性，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)的順利進(jìn)行。（作者單位：南京市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院）