摘要:工業(yè)壓力管道損傷檢測(cè)技術(shù)作為一個(gè)新型發(fā)展的研究領(lǐng)域,但其發(fā)展時(shí)間短,目前許多應(yīng)用技術(shù)還不太成熟,許多檢測(cè)方法都存在著不同程度的局限性,有很多問(wèn)題有待解決。但是,壓力管道的無(wú)損檢測(cè)是維護(hù)管道安全運(yùn)行的重要手段,文章對(duì)壓力管道的損傷及其常用的檢測(cè)方法進(jìn)行了敘述,并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞:工業(yè)壓力管道,檢驗(yàn)方法,無(wú)損檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào):TG441文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1674-1145(2009)21-0150-02

一、壓力管道的定義

壓力管道——指符合原勞動(dòng)部1996年4月頒布的《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)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(zhì)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(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體的管道;輸送介質(zhì)最高工作壓力雖低于0.1MPa(表壓),但符合《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》中規(guī)定的毒性程度為極度危害介質(zhì)和GB50160《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》以及GBJ160《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中規(guī)定的火災(zāi)危險(xiǎn)性為甲、乙類(lèi)介質(zhì)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(chǎn)生的應(yīng)力達(dá)到材料的強(qiáng)度極限,因而發(fā)生斷裂的一種破壞形式。發(fā)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(xiàn)在管道上則是直徑增大(或局部鼓脹)和管壁的減薄,周長(zhǎng)伸長(zhǎng)率可達(dá)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(fā)生,并以極快的速度擴(kuò)展,這種破壞現(xiàn)象和脆性材料的破壞很相似,故稱(chēng)為脆性破壞。又因?yàn)樗窃谳^低的應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生的,故又叫作低應(yīng)力破壞。脆性破壞的基本原因是材料的脆性和嚴(yán)重缺陷。前者可由焊接和熱處理工藝不當(dāng)而引起,后者包括安裝時(shí)焊縫中遺留的缺陷和使用中產(chǎn)生的缺陷。此外,加載的速度、殘余應(yīng)力、結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中等都會(huì)加速脆斷破壞的發(fā)生。

(三)腐蝕破壞

腐蝕破壞是由于受到內(nèi)部輸送物料及外部環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用(也包括機(jī)械等因素的共同作用)而發(fā)生的破壞。腐蝕破壞形態(tài)除全面腐蝕外,尚有局部腐蝕(點(diǎn)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(yīng)力腐蝕破裂(堿脆、不銹鋼氯離子應(yīng)力腐蝕、不銹鋼連多硫酸應(yīng)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(fā)階梯裂紋、氫脆、脫碳、氫腐蝕)。其中危害最大的當(dāng)屬應(yīng)力腐蝕破裂,往往在沒(méi)有先兆的情況下突然發(fā)生,造成預(yù)測(cè)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(shí)間發(fā)生周期性變化的交變載荷作用時(shí),盡管應(yīng)力所產(chǎn)生的載荷并不大,而且往往低于材料的屈服極限,但如果長(zhǎng)期受到這種載荷的作用,也會(huì)發(fā)生斷裂。疲勞破壞最易在兩處發(fā)生:一是結(jié)構(gòu)的幾何的不連續(xù)處,即管道的應(yīng)力集中部位;二是存在裂紋類(lèi)原始缺陷的焊縫部位。如果兩種情況同時(shí)存在于一處,極易產(chǎn)生疲勞破壞。疲勞破壞仍為脆性性態(tài)的破壞,斷口上有明顯的裂紋產(chǎn)生區(qū)、擴(kuò)區(qū)和最終斷裂區(qū)。

(五)蠕變破壞

在高溫環(huán)境下,只要溫度達(dá)到一定的程度,鋼材即使受到的拉應(yīng)力低于該溫度下的屈服極限溫度,也會(huì)隨時(shí)間的的延長(zhǎng)而發(fā)生緩慢持續(xù)的伸長(zhǎng),這就是鋼材的蠕變現(xiàn)象。由于金屬蠕變產(chǎn)生的破壞,成為蠕變破壞。一般認(rèn)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(fā)生蠕變破壞時(shí)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(wú)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(cè)方法

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

(一)漏磁檢測(cè)法

漏磁檢測(cè)是一種多功能的無(wú)損檢測(cè)技術(shù),它有很高的檢測(cè)速度。對(duì)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(dǎo)體,利用漏磁檢測(cè)技術(shù)可以檢測(cè)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(cè)原理如下:當(dāng)采用漏磁檢測(cè)方法對(duì)管道的壁厚進(jìn)行檢測(cè)時(shí),由線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)進(jìn)入被檢測(cè)管壁。此時(shí),若被檢測(cè)管壁沒(méi)有受損即不存在缺陷,則磁力線將不外溢;若被測(cè)管壁已受腐蝕減薄或者存在裂紋,部分磁力線將外溢,此時(shí),利用磁敏探頭采集到信號(hào),通過(guò)對(duì)信號(hào)的分析,即可得知管壁的受損情況。

漏磁檢測(cè)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(cè),被檢測(cè)管壁不能太厚;干擾因素多并且需要特殊的信號(hào)處理;需要存儲(chǔ)的檢測(cè)數(shù)據(jù)多,需要很大的存儲(chǔ)空間;另外管道中的油或水對(duì)漏磁檢測(cè)儀的檢測(cè)也有很大影響。漏磁檢測(cè)適合于檢測(cè)管壁的細(xì)小缺陷如管壁裂紋和直徑很小的腐蝕點(diǎn)等。

(二)渦流檢測(cè)法

渦流檢測(cè)法的原理是:從發(fā)射線圈發(fā)射出的電磁波的一部分從管外返回到管內(nèi),通過(guò)其到達(dá)接收線圈時(shí)的傳送時(shí)間(發(fā)射與接收信號(hào)的相位差)決定管的壁厚,即根據(jù)相位差檢測(cè)出腐蝕的損傷程度。這種方法廣泛應(yīng)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(zhì)的電磁性(透射率等)不均勻,就會(huì)使信號(hào)中有較大的雜音,從而影響檢測(cè)效果。遇到這種情況,通常可采用磁化式渦流法(使管道壁達(dá)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(cè)法

電流檢測(cè)法的原理是:在被檢表面通過(guò)一定值電流,其不同部位產(chǎn)生不同的電位分布,通過(guò)測(cè)量點(diǎn)位分布可判斷它的厚度、裂紋的深度等。根據(jù)電流檢測(cè)所使用的電流,可分為直流法和交流法兩種。直流電流檢測(cè)不受磁導(dǎo)率的影響,故檢測(cè)較方便,但它必須有穩(wěn)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(cè)靈明度較高,且只需有頻率穩(wěn)定的振蕩器,由于交流電有趨膚效應(yīng),測(cè)量電流較小,受工件形狀的影響亦較小。該檢測(cè)方法不僅與電導(dǎo)率有關(guān),同時(shí)還受磁導(dǎo)率影響,因而操作較復(fù)雜。電流檢測(cè)廣泛使用于焊縫區(qū)熔合程度、管道腐蝕的檢查,還用于測(cè)量裂紋深度及傾斜角。

(四)射線檢測(cè)法

射線檢測(cè)法是利用射線能穿透物質(zhì),并在物質(zhì)中發(fā)生能量衰減的特性來(lái)檢驗(yàn)物質(zhì)內(nèi)部缺陷的一種檢測(cè)方法。射線檢測(cè)方法有射線照相法、熒光屏觀察法和工業(yè)X射線電視法等類(lèi)型。工程中最常用的是射線照相法,其原理是:當(dāng)射線透過(guò)管道材料內(nèi)部的缺陷時(shí),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(yīng)部位的感光度較大,因此,可根據(jù)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(cè)法

超聲檢測(cè)法是利用高頻率的聲波在不同的材料界面上能反射回來(lái)的特性來(lái)進(jìn)行探傷的,本課題所采用的超聲導(dǎo)波法就是在超聲檢測(cè)法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一種新型的檢測(cè)技術(shù)。

四、結(jié)語(yǔ)

損傷檢測(cè)是一個(gè)必要非充分問(wèn)題有可能檢測(cè)到的損傷不是真正的損傷,或者經(jīng)過(guò)若干次檢測(cè)只有幾次得到真正的損傷。這其實(shí)就是一個(gè)關(guān)于可靠度的損傷檢測(cè)問(wèn)題。它包含兩個(gè)方面的問(wèn)題:(1)利用可靠度控制損傷與否的檢測(cè)方法;(2)當(dāng)經(jīng)過(guò)若干試驗(yàn)檢測(cè)出損傷位置,那么用此方法檢測(cè)出來(lái)的可靠性又是多少。第二個(gè)方面內(nèi)容其實(shí)是對(duì)損傷檢測(cè)方法進(jìn)行可靠性評(píng)估,這方面的工作比較少,或者只是針對(duì)具體的問(wèn)題而做的,沒(méi)有統(tǒng)一的方法。

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作者簡(jiǎn)介:陳慶勛,男,深圳市特種設(shè)備安全檢驗(yàn)研究院檢驗(yàn)師、工程師,碩士。