石油化工压力管道的破坏和无损检测

石油化工压力管道的破坏和无损检测

张斌

天华化工机械及自动化研究设计院有限公司730060

摘要：本文分析了石油化工压力管道的破坏形式，主要表现在腐蚀破坏、疲劳破坏、蠕变破坏、脆性破坏几种形式；其次介绍了压力管道的无损检测方式，包括射线检测、超声检测、磁粉检测、涡流检测。希望对石油化工压力管道破坏的检测起到一定的参考和帮助，提高检测准确性。

关键词：压力管道；破坏形式；无损检测

随着国民经济的持续发展，我国的石油化工工业的配套设备取得了可喜的进展，达到了很高的水平，尤其是近些年来国内所敷设的各种管道，进展更为迅速，但由于化工压力管道在设计、制造及运行管理中还存在着一些问题，因此压力管道的事故仍时有发生，给石油化工工业的生产带来巨大的威胁，同时由于目前国内的大部分管道都已进入了检修高峰期，因此提高压力管道无损检测的技术水平，及时消除隐患，是维护化工工业正常生产、防止事故、保证人民生命财产安全的有效途径。

1压力管道的破坏形式

1.1腐蚀破坏

受到腐蚀性介质影响，压力管道壁会出现变薄现象，使其组织机构以及力学性能受到影响，最终降低管道的实际承载能力。腐蚀形式主要有以下几个方面：

（1）均匀腐蚀，主要集中在弯头、法兰等区域，会出现变薄现象；

（2）点腐蚀，这种腐蚀破坏现象较为隐蔽，多见于焊缝等受热影响区域；

（3）缝隙腐蚀，受到缝隙溶液渗透以及阻碍等因素影响，使管道被腐蚀，更多的出现在焊接缺陷等部位；

（4）晶间腐蚀，经常出现在焊缝处，这种腐蚀不会使壁厚以及金属色泽受到影响；

（5）应力腐蚀，压力管道受到拉应力以及腐蚀性介质等影响而导致出现破坏，这种腐蚀更多的出现在奥氏体不锈钢焊缝以及热影响区，有着一定的隐蔽性，但是实际的破坏力较大；

（6）氢腐蚀，氢渗入到金属中使金属的性能发生改变，这种腐蚀更多出现在不锈钢以及低合金钢管中。

（7）磨损腐蚀，主要起源于管道表面金属氧化层的磨损，同时腐蚀介质和金属表面之间的相对运动又加剧了这种腐蚀过程。这种磨损腐蚀范围和程度可以通过测厚检测来大体确定。

1.2疲劳破坏

化工压力管道的疲劳破坏是一种最常见的破坏形式，它是一种由于管道经过长期载荷以后出现的破环形式。这种破坏形式在出现时，没有显著的塑性变形特征，而是经过反复载荷之后，逐渐形成的一种裂纹形式。归根结底，这种破坏形式还是由于管道系统使用过多，产生疲劳而造成的。产生疲劳断裂的情况可具体分以下几种：

（1）在大型往复式空气压缩机及汽轮机等机械运作过程中，由于其原本的构造、安装、损伤的不平衡性，开启停止操作时，其机械传动的不平衡就会引起机械振动，造成的机械振动传递给联接的配管系统，从而产生疲劳裂纹和断裂。

（2）在管路系统之中，若其中的流速和压力发生改变时，就会引起管道的振动，这也会使之产生疲劳裂纹和断裂的情况。通常认为，这种情况下造成管道振动的最主要的因素是压力脉动和多涡流。

（3）管路的敷设往往会经历很多不同的地段，其不同地段的气候条件差异极大，甚至部分地区会出现昼夜温差极大的情况。这种情况往往容易导致管路的热膨胀及冷收缩，这种热胀冷缩效益也会造成管路的振动，从而造成管路的疲劳和破坏。

（4）由于循环载荷的影响，一般承受交变循环载荷的管道，往往在不连续处及焊接缺陷处，容易造成一定的疲劳破坏。同时，这一节点往往也是管道疲劳破坏的裂点开始处。

1.3蠕变破坏

在一定的温度和载荷作用下，压力管道随时间而伸长和变形的破坏现象称之为蠕变破坏。高温高压管道由于长期处于高温和高应力作用下，如果管材选用不当，设计布置不合理，热处理不当，往往容易引起管道抗蠕变性能恶化，而导致管道蠕变破坏。据有关资料记载，蠕变破坏在管道中的破坏机率要比压力容器高出好几倍，是管道破坏的主要因素之一。蠕变破坏具有明显的塑性变形，金相组织发生明显的变化，破坏时的应力低于材料在使用温度下的强度极限值，在用检测起来一般比较困难。通常应在设计、制造和使用中加以控制，如根据化工压力管道的使用温度选用抗蠕变性能合适的材料，在制造中要防止焊接和冷加工时降低材料的抗蠕变性能，在管道运行中要防止超温现象。

1.4脆性破坏

脆性破坏是在低应力状态下发生的破坏，与低温有直接的关系。破坏时断裂速度极快，往往在一瞬间发生，没有或只有很小的塑性变形，一般都裂成碎片。脆性破坏主要是由于管道存在缺陷和材料韧性不足所致。通常在低温状态下，钢的断裂韧性降低，对缺口敏感性增大，这时若存在应力集中产生的裂纹，或焊接缺陷及热处理不当，很容易产生管道脆性破坏。因此在制造中，就应该对低温化工压力管道提出比较高的制造要求，同时在使用中更应尽可能进行较彻底的检测，尤其是材料性能方面的检测。

2压力管道的无损检测

2.1射线检测

射线检测是用射线穿透材料及根据射线的衰减程序来判断材料的内部缺陷，其包括X射线检测法和射线照相法等，其中X射线检测是在X射线透过材料时，通过判断有无缺陷处对射线的吸收能力来判定其中存在的缺陷，注意无缺陷处的射线强度比有缺陷处低；射线照相法是根据射线透过材料后投射至其底部照相底片上的感光度来判断缺陷是否存在及其大小和形状。

针对射线检测的适用范围，一般应参考如下方面：一是缺陷的成因与表现；二是射线的透过能力，比如X射线机的kV值；三是检测的空间或环境条件。此外，在射线检测时，应注意如下事项：针对无支撑架的结构件，应采用RT检测法来检测其纵环焊缝，且参与检测的人员应做好安全防护。

2.2超声检测

超声检测属于一种无损检测技术，在工业上有着非常广泛的应用，有脉冲反射法、投射法、共阵法等方式。其中，共阵法主要是应用共振原理，向材料上辐射超声波，将超声波的频率控制在材料厚度的2倍，再对声波的频率以及共振次数进行检测，计算出材料厚度；投射法是在材料的两边分别放置发射探头以及接收探头，借助超声波照射在材料表面观察能量变化情况，如果不存在缺陷，那么接收的信号强度较强，如果存在缺陷，接收的信号强度会有一定的减弱，如果材料缺陷面积大于声束面积，那么探头将无法实现对信号的接收。

2.3磁粉检测

磁粉检测主要是结合磁粉聚集情况对材料表面的缺陷进行判断，缺陷的磁通密度与漏磁磁场强度呈正相关关系，从这方面可以判断出磁粉分布和强度与缺陷位置有密切的联系；缺陷漏磁磁场弱于其他区域漏磁场，可以从这方面因素出发对缺陷的位置、尺寸和性质进行判断。在进行磁粉检测时，首先要控制好材料表面粗糙度；其次要对交、直流电进行合理的选择和使用；最后要需要通过轴向以及纵向磁化对其进行分析，避免检测过程中出现遗漏现象。

2.4涡流检测

涡流检测是用穿过式线圈探头来检测压力管道的通孔缺陷。在这一检测过程中，应注意如下事项：一是铁磁性管道的磁导率与磁场的强度有关，应设置磁饱和装置；二是在铁磁性管道检测时，应在检测区的检测线圈上施加相应的磁场至其磁导率与常数相当；三是在涡流检测中铁磁性钢管的检测频率应为1~500MHz，同时通过试样对比来对涡流仪的检测灵敏度进行调节，以保证检测结果的精准度，注意试样的规格、表面状态、热处理状态及电磁性能等应与待测对象相同或相近。

3结语

石油化工压力管在实际的使用过程中会出现腐蚀破坏、疲劳破坏、蠕变破坏、脆性破坏等破坏现象，在进行无损检测时，可以结合实际情况选择射线检测、超声检测、磁粉检测、涡流检测，提高缺陷判断的准确性，使得石油化工企业正常生产得到有效的保证，降低石油化工企业运营风险，提高石油化工企业经济效益。

参考文献：

[1]张毅.石油化工压力管道的破坏和无损检测[J].中国设备工程，2017（3）：77-78.

[2]燕集中.石油化工用压力管道的破坏形式及无损检测的应用[J].石化技术，2017（3）：2-3.