石油化工壓力管道的破壞和無損檢測

張林

摘要：在石油化工壓力管道的使用過程中，經(jīng)常受到施工工藝、環(huán)境和材料等因素的影響，造成管道的疲勞、腐蝕和變形等不同形式的損壞，導(dǎo)致管道的安全運行受到極大的危害。目前我國在石化裝備方面，已步入世界高端化工發(fā)展水平，隨著近年來化工工藝的發(fā)展，不同類型管道敷設(shè)的范圍越來越大，但在化工行業(yè)壓力管道全生命周期管理中，依舊存在一些問題，導(dǎo)致壓力管道事故時有發(fā)生，給化工企業(yè)的發(fā)展帶來不良影響。通過無損檢測技術(shù)的有效應(yīng)用，可以最大限度地消除管道內(nèi)部安全隱患，也是維護(hù)行業(yè)正常生產(chǎn)和發(fā)展的有效途徑。

關(guān)鍵詞：石油化工;壓力管道;無損檢測;

1壓力管道說明

壓力管道是指利用一定壓力輸送氣體或者液體的管狀設(shè)備。主要用于輸送、分配、混合、排放和控制特殊介質(zhì)流量的設(shè)施，包括管道、法蘭、連接螺栓、墊片、閥門、壓縮件和支撐件作為一個整體[1]。其特點主要包括：（1）壓力管道是一個管道系統(tǒng)，各部件相互連接。（2） 通常壓力管道的長徑比很大，穩(wěn)定性不好，壓縮情況比較復(fù)雜。管內(nèi)流體流動狀態(tài)復(fù)雜，緩沖空間小，工況變化頻率高。（3） 管道組件、管道支架零件種類繁多，且材料的特性不同，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也存在差異，材料選擇非常復(fù)雜。（4） 管道泄漏點，如閥門可能出現(xiàn)多個泄漏點。（5） 管道數(shù)量、品種、設(shè)計、安裝、檢驗等環(huán)節(jié)。

2壓力管道的損壞形式

2.1腐蝕損傷

腐蝕損傷主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1）損傷部位通常不易發(fā)現(xiàn)點蝕，點蝕現(xiàn)象主要分布在焊縫或熱影響區(qū)。2） 間隙腐蝕，受間隙溶液滲透和堵塞因素的影響，導(dǎo)致大部分管道腐蝕?；旧纤羞@些情況都發(fā)生在管道中，目前在其他地方?jīng)]有發(fā)現(xiàn)。3） 應(yīng)力腐蝕，是在壓力管道外力作用下，在耐腐蝕介質(zhì)中引起的損傷，這種損傷常發(fā)生在奧氏體不銹鋼的焊接部位，這種腐蝕具有一定的隱蔽性，但實際損傷能力是明顯的。4） 焊接過程中會發(fā)生氫腐蝕。氫滲透到金屬的裂縫中，金屬與氫發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致腐蝕問題。

2.2裂紋

裂紋是金屬材料在應(yīng)力或環(huán)境（或兩者同時）作用下產(chǎn)生的裂隙，裂紋是壓力管道最危險的一種故障，是導(dǎo)致脆性破壞的主要原因，裂紋的擴(kuò)展速度很快，如不及時采取措施，就會發(fā)生爆管，裂紋主要來源于管材制造和安裝過程以及使用過程，前者主要包括軋制裂紋、焊接裂紋和應(yīng)力裂紋，后者主要包括疲勞裂紋和腐蝕裂紋。

2.3疲勞失效

在眾多的失效形式中，化工壓力管道的疲勞失效是一種常見的失效形式，主要由管道的長期載荷引起。這種破壞模式出現(xiàn)后，并不伴隨顯著的塑性變形特征，而是在反復(fù)加載后逐漸產(chǎn)生的一種裂紋。這種類型的故障基本上都是由于過度使用管道系統(tǒng)造成的疲勞。疲勞斷裂問題主要包括以下原因。

（1） 大型汽輪機(jī)、往復(fù)式空氣壓縮機(jī)及相關(guān)過程的機(jī)械運行，由于原安裝、施工和損壞的不平衡，導(dǎo)致機(jī)械傳動在開、停運行過程中變得不平衡，這種不平衡的出現(xiàn)并可能引起振動，機(jī)械振動向管道系統(tǒng)的連接處傳遞，最終出現(xiàn)疲勞裂紋和斷裂問題。

（2） 如果管道系統(tǒng)中的流速和壓力發(fā)生變化，管道發(fā)生振動，這也將導(dǎo)致疲勞裂紋和斷裂問題。一般來說，管道振動的主要原因是多渦和壓力脈動。

（3） 在管道輻射過程中，往往會經(jīng)過不同的路段，不同路段之間的氣候條件和工況有明顯的差異，甚至在某些地區(qū)，晝夜溫差往往很大。這種情況很可能使管道處于熱膨脹和冷縮周期內(nèi)，這種熱應(yīng)力周期會引起管道振動，并造成損壞或疲勞。

（4） 在正常情況下，承受交變循環(huán)的管道會受到循環(huán)載荷的影響，在焊接缺陷位置和不連續(xù)位置會發(fā)生疲勞失效，該節(jié)點往往是管道疲勞失效裂紋點的起始位置。

2.4蠕變破壞

蠕變損傷是壓力管道在載荷和溫度作用下的破壞現(xiàn)象。它具有以下特點：第一，蠕變損傷是拉應(yīng)力和高溫長期作用的結(jié)果，其塑性變形較為明顯，對材料的塑性變形量起著決定性的作用;二是蠕變損傷時，材料的金相組織會發(fā)生變化。因此，在石油化工壓力管道的設(shè)計、制造和使用過程中，應(yīng)進(jìn)行蠕變損傷的預(yù)防和控制。

3石油化工壓力管道無損檢測的主要技術(shù)

3.1超聲波檢測

超聲波檢測技術(shù)在我國石油管道檢測中發(fā)揮著非常廣泛的作用。它是一種高效的管道無損檢測技術(shù)，對我國化學(xué)工業(yè)的發(fā)展起到了保障作用。在超聲檢測技術(shù)中主要包括反射法、透射法和共振法等不同的檢測方法。共振檢測方式是無損檢測原理中的一項關(guān)鍵技術(shù)，在檢測工作中，通過檢測設(shè)備，向管道材料表面發(fā)射超聲波，將超聲波強度控制在管道外表面材料厚度的兩倍左右，然后通過超聲波檢測，管道在發(fā)射超聲波的一側(cè)，與材料之間形成共振模式，通過對聲波頻率的振動強度檢測，可以準(zhǔn)確檢測出管道的故障，并通過該方法可以準(zhǔn)確計算出管道材料的具體厚度。在受影響區(qū)域難以探測到管道邊緣，采用投影法是探測探頭發(fā)射或接收探頭連接和現(xiàn)場測試的有效方法，通過發(fā)射超聲波的側(cè)面波形，觀察超聲波能量管道材料表面的具體變化，通過在被測管道材料上發(fā)現(xiàn)問題后進(jìn)行檢測，通過在被測管道材料上進(jìn)行超聲波檢測，整體信號的強度將變得更強，同時，探頭連接部分的位置可能會產(chǎn)生準(zhǔn)確的超聲波信號接收。

3.2磁粉探傷

鐵管磁化后對磁粉有很強的吸附能力。根據(jù)這一具體情況可以檢測鐵管是否有裂紋。操作步驟如下：首先確定石油化工壓力管道材料為磁性材料，然后對管道進(jìn)行磁化。在管道表面均勻地撒上一層細(xì)磁粉。如果管道沒有損壞或開裂，管道表面將形成規(guī)則的磁場。相反，如果管道有裂紋，裂紋處會出現(xiàn)漏磁現(xiàn)象，磁粉也會有不均勻分布。這樣，您可以直接觀察管道的哪些部分有裂縫。磁粉探傷具有操作簡單、成本低等優(yōu)點。但缺點也很明顯，如非磁性材料無法檢測，對管道表面平整度有一定要求。

3.3滲透檢測

基本操作步驟如下：首先清潔待測壓力管道，然后在管道表面均勻刷上熒光染料。如果管道表面開裂，熒光染料會在毛細(xì)管的作用下滲入裂縫。噴灑熒光染料后，靜置5～10分鐘，沖洗掉熒光染料。最后，用霧化器將顯影劑均勻地噴在管道表面，并用紫外線燈照亮。裂縫區(qū)域的熒光染料無法清洗，在紫外光下呈現(xiàn)出獨特的顏色，從而識別管道表面是否存在裂縫。滲透無損檢測的優(yōu)點是，它可以檢測不同材料的管道，包括金屬和非金屬，并且操作更方便。缺點是它只能檢測管道外表面的裂紋，而不能檢測管道內(nèi)壁或內(nèi)部裂紋。

3.4射線照相

X射線和γ射線具有很強的穿透性，可用于石油化工壓力管道的無損檢測?；静僮鞑襟E為：先將感光膜置于壓力管下，然后用X射線或伽馬射線自上而下輻射待測壓力管。當(dāng)管道中沒有裂縫時，可在感光膜上形成均勻的“暗區(qū)”。當(dāng)光線擊中裂縫時，更多的光線將通過縫隙投射到感光膠片上，并在膠片上形成“亮區(qū)”。

4結(jié)論

綜上所述，化工壓力管道在長期使用中會產(chǎn)生多種損壞形式，嚴(yán)重影響壓力管道的運行安全和化工企業(yè)的生產(chǎn)安全。本文介紹了滲透檢測、超聲波檢測、磁粉檢測和X射線檢測的方法。在實際應(yīng)用中，要求工作人員掌握各種無損檢測技術(shù)的適用范圍和要點，及時修復(fù)管道缺陷部位，確保壓力管道運行的安全。

參考文獻(xiàn)

[1]張毅.石油化工壓力管道的破壞和無損檢測[J].中國設(shè)備工程，2017（03）：77-78.

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[3]杜俊杰.石油化工壓力管道的破壞和無損檢測初探[J].化工設(shè)計通訊，2017，43（07）：100-101.B2058848-B186-4C66-B092-D1E39510021D