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(wèn)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lái)越廣泛,由原來(lái)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(wèn)題越發(fā)突顯出來(lái)。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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(chēng)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(jiàn)的破壞類(lèi)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(chēng)作均勻腐蝕,是最常見(jiàn)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(xiàn),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(xiàn)、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(lèi)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(guò)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(méi)有塑性變形過(guò)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(méi)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(guò)震效應(yīng)通過(guò)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(guò)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(guò)薄的管道和防止長(zhǎng)期超壓輸送是避免此類(lèi)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(kāi)它就無(wú)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(xiàn)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(zhuān)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(xiàn)檢驗(yàn)
在線(xiàn)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(xiàn)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(mén)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(wú)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(xiàn)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(wú)損探傷:使用射線(xiàn)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(yǔ)
總之,保證壓力管道的正常運(yùn)行是一件很?chē)?yán)肅的工作,了解掌握壓力管道破壞類(lèi)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。
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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)