工業壓力管道檢驗方法研究

摘要:工業壓力管道損傷檢測技術作為一個新型發展的研究領域,但其發展時間短,目前許多應用技術還不太成熟,許多檢測方法都存在著不同程度的局限性,有很多問題有待解決。但是,壓力管道的無損檢測是維護管道安全運行的重要手段,文章對壓力管道的損傷及其常用的檢測方法進行了敘述,并對其優缺點進行了分析。

關鍵詞:工業壓力管道,檢驗方法,無損檢測

中圖分類號:TG441文獻標識碼:A

文章編號:1674-1145(2009)21-0150-02

一、壓力管道的定義

壓力管道——指符合原勞動部1996年4月頒布的《壓力管道安全管理與監察規定》限定的各種管道。包括最高

工作壓力大于等于0.1MPa(表壓),輸送介質為氣(汽)體、液化氣體、可燃易爆有毒有腐蝕性或最高工作溫度高于等于標準沸點的液體的管道;輸送介質最高工作壓力雖低于0.1MPa(表壓),但符合《職業性接觸毒物危害程度分級》中規定的毒性程度為極度危害介質和GB50160《石油化工企業設計防火規范》以及GBJ160《建筑設計防火規范》中規定的火災危險性為甲、乙類介質的管道。

二、壓力管道的破壞形式

通常,壓力管道破壞形式可分為:韌性破壞、脆性破壞、腐蝕破壞、疲勞破壞、蠕變破壞,以及其他破壞形式。

(一)韌性破壞

韌性破壞是管道在壓力的作用下管壁上產生的應力達到材料的強度極限,因而發生斷裂的一種破壞形式。發生韌性破壞的管道,其材料本身韌性一般非常好的,而破壞往往是由于超壓引起的。表現在管道上則是直徑增大(或局部鼓脹)和管壁的減薄,周長伸長率可達10%~20%,所以具有明顯的形狀改變是韌性破壞的主要特征。

(二)脆性破壞

脆性破壞往往在一瞬間發生,并以極快的速度擴展,這種破壞現象和脆性材料的破壞很相似,故稱為脆性破壞。又因為它是在較低的應力狀態下發生的,故又叫作低應力破壞。脆性破壞的基本原因是材料的脆性和嚴重缺陷。前者可由焊接和熱處理工藝不當而引起,后者包括安裝時焊縫中遺留的缺陷和使用中產生的缺陷。此外,加載的速度、殘余應力、結構的應力集中等都會加速脆斷破壞的發生。

(三)腐蝕破壞

腐蝕破壞是由于受到內部輸送物料及外部環境介質的化學或電化學作用(也包括機械等因素的共同作用)而發生的破壞。腐蝕破壞形態除全面腐蝕外,尚有局部腐蝕(點蝕、縫隙腐蝕、焊接接頭腐蝕、磨損腐蝕、冷凝液腐蝕以及涂層破損處的局部大氣腐蝕)、應力腐蝕破裂(堿脆、不銹鋼氯離子應力腐蝕、不銹鋼連多硫酸應力腐蝕破裂、硫化物腐蝕等)、腐蝕疲勞及氫損傷(氫鼓泡及氫誘發階梯裂紋、氫脆、脫碳、氫腐蝕)。其中危害最大的當屬應力腐蝕破裂,往往在沒有先兆的情況下突然發生,造成預測不到的破壞。遭受腐蝕的管道,壁厚逐漸減薄,最后破壞。

(四)疲勞破壞

金屬在承受大小和方向都隨時間發生周期性變化的交變載荷作用時,盡管應力所產生的載荷并不大,而且往往低于材料的屈服極限,但如果長期受到這種載荷的作用,也會發生斷裂。疲勞破壞最易在兩處發生:一是結構的幾何的不連續處,即管道的應力集中部位;二是存在裂紋類原始缺陷的焊縫部位。如果兩種情況同時存在于一處,極易產生疲勞破壞。疲勞破壞仍為脆性性態的破壞,斷口上有明顯的裂紋產生區、擴區和最終斷裂區。

(五)蠕變破壞

在高溫環境下,只要溫度達到一定的程度,鋼材即使受到的拉應力低于該溫度下的屈服極限溫度,也會隨時間的的延長而發生緩慢持續的伸長,這就是鋼材的蠕變現象。由于金屬蠕變產生的破壞,成為蠕變破壞。一般認為材料的使用溫度不高于它的熔化溫度的25%~35%,則可不考慮蠕變影響。材料發生蠕變破壞時具有明顯的塑性變形,變形量的大小視材料的塑性而定。蠕變破壞的宏觀斷口呈粗糙的顆粒狀,無金屬光澤,管道在直徑方向上有

明顯的變形,并伴有許多沿徑向方向的小蠕變裂紋。

三、常用的損傷檢測方法

常用的壓力管道損傷的檢測方法主要有:漏磁檢測法、渦流檢測法、電流檢測法、射線檢測法以及超聲檢測法等。

(一)漏磁檢測法

漏磁檢測是一種多功能的無損檢測技術,它有很高的檢測速度。對于金屬材料,它不僅能提供金屬材料表面缺陷的信息,還能提供材料深度的信息,且不需要禍合劑。金屬管道是電磁的良導體,利用漏磁檢測技術可以檢測管道的各種缺陷,如管道裂紋和管壁的受腐蝕減薄等。漏磁檢測原理如下:當采用漏磁檢測方法對管道的壁厚進行檢測時,由線圈產生交變磁場進入被檢測管壁。此時,若被檢測管壁沒有受損即不存在缺陷,則磁力線將不外溢;若被測管壁已受腐蝕減薄或者存在裂紋,部分磁力線將外溢,此時,利用磁敏探頭采集到信號,通過對信號的分析,即可得知管壁的受損情況。

漏磁檢測方法也存在局限性,例如,它只限于材料表面和近表面的檢測,被檢測管壁不能太厚;干擾因素多并且需要特殊的信號處理;需要存儲的檢測數據多,需要很大的存儲空間;另外管道中的油或水對漏磁檢測儀的檢測也有很大影響。漏磁檢測適合于檢測管壁的細小缺陷如管壁裂紋和直徑很小的腐蝕點等。

(二)渦流檢測法

渦流檢測法的原理是:從發射線圈發射出的電磁波的一部分從管外返回到管內,通過其到達接收線圈時的傳送時間(發射與接收信號的相位差)決定管的壁厚,即根據相位差檢測出腐蝕的損傷程度。這種方法廣泛應用于非磁性管道探傷中。相反,如果是鋼管那樣的磁性管,管道質的電磁性(透射率等)不均勻,就會使信號中有較大的雜音,從而影響檢測效果。遇到這種情況,通常可采用磁化式渦流法(使管道壁達到飽和,透磁率均勻化)和分割式渦流法(將線圈小型分割)。

(三)電流檢測法

電流檢測法的原理是:在被檢表面通過一定值電流,其不同部位產生不同的電位分布,通過測量點位分布可判斷它的厚度、裂紋的深度等。根據電流檢測所使用的電流,可分為直流法和交流法兩種。直流電流檢測不受磁導率的影響,故檢測較方便,但它必須有穩定性能好的恒流源和低噪音、高靈敏度的放大器。交流電流檢測靈明度較高,且只需有頻率穩定的振蕩器,由于交流電有趨膚效應,測量電流較小,受工件形狀的影響亦較小。該檢測方法不僅與電導率有關,同時還受磁導率影響,因而操作較復雜。電流檢測廣泛使用于焊縫區熔合程度、管道腐蝕的檢查,還用于測量裂紋深度及傾斜角。

(四)射線檢測法

射線檢測法是利用射線能穿透物質,并在物質中發生能量衰減的特性來檢驗物質內部缺陷的一種檢測方法。射線檢測方法有射線照相法、熒光屏觀察法和工業X射線電視法等類型。工程中最常用的是射線照相法,其原理是:當射線透過管道材料內部的缺陷時,由于缺陷(如氣孔、裂紋、非金屬夾雜等)處吸收射線的能力較差,故投射到材料底部照相底片上相應部位的感光度較大,因此,可根據底片上的感光度鑒別出缺陷是否存在及其外形和大小。

(五)超聲檢測法

超聲檢測法是利用高頻率的聲波在不同的材料界面上能反射回來的特性來進行探傷的,本課題所采用的超聲導波法就是在超聲檢測法的基礎上發展而來的一種新型的檢測技術。

四、結語

損傷檢測是一個必要非充分問題有可能檢測到的損傷不是真正的損傷,或者經過若干次檢測只有幾次得到真正的損傷。這其實就是一個關于可靠度的損傷檢測問題。它包含兩個方面的問題:(1)利用可靠度控制損傷與否的檢測方法;(2)當經過若干試驗檢測出損傷位置,那么用此方法檢測出來的可靠性又是多少。第二個方面內容其實是對損傷檢測方法進行可靠性評估,這方面的工作比較少,或者只是針對具體的問題而做的,沒有統一的方法。

參考文獻

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作者簡介:陳慶勛,男,深圳市特種設備安全檢驗研究院檢驗師、工程師,碩士。