2压力管道检测方案优选

压力管道检测方案优选蒋俊[e-mail]，[e-mail]025-84560079，137014766412011.11•南京市锅检院总工程师、技术负责人•中国承压类特种设备高级检验师•中国机械工程学会声发射专业委员会委员•中国特种设备检验协会特种设备检验机构鉴定评审员•中国特种设备检验协会压力管道制造鉴定评审员•南京工业大学研究生社会导师•南京市机械工程学会压力管道委员会副主任委员兼秘书长一、在用压力管道失效破坏型式•压力管道失效：一般是指压力管道不能发挥原有效能的现象，可分为自然失效和异常失效两种。•自然失效就是在压力管道达到使用寿命时发生的失效现象。由于压力管道运行在内部介质和周围环境的影响之下，不可避免地会产生温度和压力循环、腐蚀、振动以及材料金相组织变化等影响材料性能和连接接头密封性能的问题，因此任何管道都有一定的使用寿命。自然失效可以通过定期检验或失效分析进行事先控制，以防止事故的发生。•异常失效就是在用压力管道由于在设计、制造、安装和运行中存在各种问题导致的失效。异常失效会造成突发性破坏事故的发生。•(一)、压力管道的主要失效形式•①、因存在原始制造性缺陷和使用过程中新生缺陷引发的弹塑性断裂失效模式；•②、因环境或介质影响造成由腐蚀引发的破坏失效模式；•③、因高温、高压、临氢、交变载荷环境造成材料累积损伤失效模式，如珠光体球化、石墨化、回火脆化、蠕变破坏、疲劳破坏、氢损伤等。(二)、压力管道的主要失效原因：1、违反操作规程运行，致使运行条件恶化，包括超压、超温、腐蚀性介质超标、压力温度异常脉动等；•使用压力和温度是压力管道设计、选材、制造、安装的依据。•操作压力和温度超过规定将导致管壁应力值的增加或材料力学性能的下降，尤其是在焊缝、法兰、弯头、阀门、异径管、补偿器等几何结构不连续处的局部应力和峰值应力会大幅增加，成为蠕变破坏的源头。•过低的操作温度则会引起材料韧性下降，允许的临界裂纹尺寸减小，从而有可能导致脆性破坏。•超温超压还会导致管道接头泄漏。管道往往由于下列原因而产生交变载荷：1）间断输送介质而对管道反复加压和卸压、升温和降温；2）运行中压力波动较大；3）运行中温度发生周期性变化，使管壁产生反复性温度应力变化；4）因其它设备、支承的交变外力和受迫振动。•在反复交变载荷的作用下，管道将发生疲劳破坏。主要是金属的低周疲劳，其特点是应力较大而交变频率较低。•在几何结构不连续的地方和焊缝附近存在应力集中，有可能达到和超过材料的屈服极限。•这些应力如果交变地加载和卸载，将使受力最大的晶粒产生塑性变形并逐渐发展为细微的裂纹。•随着应力周期变化，裂纹也会逐步扩展，最后导致破坏。•交变载荷也会导致管道组成件和焊缝内部原有缺陷的扩大和管道连接接头的泄漏。2、设计、制造、施工存在缺陷如管道柔性不符合要求材料选用不当或用材错误存在焊接或冶金超标缺陷焊接或组装不合理造成应力过大管道支承系统不合理等；•管道在投用前存在的原始缺陷会造成材料的低应力脆断。•介质和环境的侵害、操作不当、维护不力等原因，往往会引起材料性能恶化、材料损伤或破裂，或使管道连接接头发生介质泄漏，最终使压力管道失效，导致火灾、爆炸和中毒、窒息等人身事故的发生。3、维修失误•管道上的严重缺陷或损伤未能被检测发现•缺少科学评价•不合理的维修工艺造成新的缺陷和损伤等；4、外来损伤造成破坏如地震、大风、洪水、雷击和其它机械损伤和人为破坏等。5、腐蚀破坏•压力管道的腐蚀是由于受到内部介质及外部环境介质的化学或电化学作用而发生的破坏。也包括机械等原因的共同作用结果。•不合理的操作会导致介质浓度的变化，加剧腐蚀破坏。•压力管道的腐蚀破坏的形态有全面腐蚀、局部腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳和氢损伤等。其中应力腐蚀往往在没有先兆的情况下突然发生，故其危害性更大。（1）全面腐蚀全面腐蚀也称均匀腐蚀。是在管道较大面积上产生的程度基本相同的腐蚀。•管道内部表面主要遭受输送腐蚀性介质的腐蚀。•管道外部则主要遭受大气锈蚀。•管道的全面腐蚀往往因使用条件的恶化而加剧。•腐蚀介质的成分、含水量、气相或液相的不同、流速和流动状态、颗粒大小都会影响管道腐蚀失效的程度。•腐蚀介质含量的超标或原料性质的劣化会对压力管道产生危害。•大气腐蚀会使管道组成件外部遭受损坏，影响管道组成件的强度和密封性。•如不及时维护，也会引起事故。（2）局部腐蚀局部腐蚀是发生在管道材料局部位置的腐蚀现象。a）点腐蚀：集中在金属表面个别小点上的深度较大的腐蚀，也称孔蚀。奥氏体不锈钢在接触含氯离子或溴离子的介质时最容易发生点腐蚀。b）缝隙腐蚀：当管道输送的介质为电解质溶液时，在管道内表面的缝隙处，如法兰垫片处、单面焊的未焊透处等，均会发生缝隙腐蚀。缝隙腐蚀往往是由于缝隙内和周围溶液之间氧浓度或金属离子浓度存在差异造成。c）奥氏体不锈钢焊接接头的腐蚀：①晶间腐蚀：晶间腐蚀是腐蚀局限在晶间和晶间附近，而晶粒本身腐蚀较小的一种腐蚀形态。腐蚀机理是“贫铬理论”，即由于贫铬的晶间区处于活化状态，作为阳极，它与晶粒之间形成腐蚀原电池，其结果将造成晶粒脱落或使材料机械强度降低。②δ铁素体选择性腐蚀：在某些强腐蚀介质中，奥氏体不锈钢焊缝处的δ铁素体相会被腐蚀或分解为σ相，结果呈海绵状而使焊接接头遭受破坏。③刀口腐蚀：用Ni及Ti稳定的奥氏体不锈钢，在氧化性介质中发生的刀口状腐蚀。（3）应力腐蚀金属材料在拉应力和特定腐蚀介质的共同作用下发生的腐蚀称为应力腐蚀。主要由焊接、冷加工和安装时的残余应力和管道内部的腐蚀性介质引起。高强钢管道在H2S含量超过一定值，并伴有水分时，会大大增加管壁应力腐蚀开裂的可能性。当管道焊缝硬度值超过HB200，含H2S超标时，极易导致焊缝的应力腐蚀。①碱脆：是金属在碱液中的应力腐蚀。碳钢、低合金钢和不锈钢等均可发生碱脆。②不锈钢的氯离子腐蚀：氯离子对不锈钢产生的应力腐蚀。管道法兰连接处的垫片、外部的保温材料和支、吊架的垫层等材料中含氯离子的成分过高，也会导致氯离子腐蚀。③不锈钢连多硫酸腐蚀：在石油炼制过程中，钢材受硫化氢腐蚀生成硫化铁，停车后管道内部与空气中的氧及水反应生成多硫酸，在不锈钢管道的残余应力较大处即会产生应力腐蚀。以加氢脱硫装置为典型，不锈钢连多硫酸的应力腐蚀破坏最近引人注目。④硫化物应力腐蚀：金属在同时含硫化氢和水的介质中发生的应力腐蚀。碳钢和低合金钢在20～40℃温度范围内对硫酸的敏感性最大。奥氏体不锈钢的硫化物应力腐蚀大多发生在高温环境。在含硫化氢和水的介质中，如同时含有醋酸，或二氧化碳和氯化钠，或磷化氢，或砷、硒、碲的化合物或氯离子，都会对腐蚀起促进作用。（4）腐蚀疲劳腐蚀疲劳是交变应力与化学介质共同作用下发生的腐蚀开裂。压力管道的疲劳源有：机械激振、流体喘振、交变热应力、压力循环以及风振、地震等。腐蚀疲劳裂纹往往有多条但无分支，这是与应力腐蚀裂纹的区别。腐蚀疲劳裂纹一般是穿晶的。（5）氢损伤氢渗透进入金属内部造成金属性能劣化称为氢损伤。包括氢鼓泡、氢脆、脱碳和氢腐蚀。氢鼓泡主要发生在含湿硫化氢的介质中，当氢原子向钢中渗透扩散时，遇到了裂纹、分层、空隙、夹渣等缺陷就聚集起来合成氢分子，使体积膨胀。在钢材表面就会形成鼓泡。6、冲蚀管道内部介质的长期、高速流动会使管道组成件内壁减薄或密封副遭受破坏，影响其耐压强度和密封性能。随着使用时间的延长，由内壁减薄造成的耐压能力下降或密封副损坏而形成的泄漏便会成为管道事故的根源。•压力管道使用管理中的问题：（1）压力管道的注册登记和定期检验未能全覆盖，（2）以第三方破坏为主，（3）存在着的问题，主要是裂纹、腐蚀、泄漏、焊缝埋藏缺陷超标、结构不合理、安全附件超期未校、未注册登记、支吊架变形、无原始技术资料或技术资料不全（4）未注册登记的管道多处于小型企业、学校、宾馆或单台锅炉压力管道的使用单位，（5）部分隐患是先天性的，如管件材质不符、结构不合理、焊缝缺陷超标，以及没有安装监检、没有注册登记、没有定期检验、管道资料不齐全等。二、在用压力管道缺陷种类6、支吊架损坏•支吊架安装不当，偏装量有误•支吊架位移异常，达到极限位置或位移受阻•吊架压死、吊杆折断损坏•支吊架的冷、热态位置不正确•弹簧吊架锈蚀严重等20、安全附件缺陷•选型错误•安装位置错误•未定期校验或更换选型错误空气、水蒸汽、无腐蚀的液化气氨专用型温度计压力表三、在用压力管道检验技术与检验方法1、宏观检查：•泄漏、绝热防腐层、腐蚀、振动、位置、变形、支吊架、阀门、法兰、膨胀节、阴极保护装置、蠕胀测点、管道标识、安全保护装置等•是否满足压力管道安全使用的要求•在用工业管道定期检验规程•TSGD7003-2010压力管道定期检验规则——长输（油气）管道•TSGD7004-2010压力管道定期检验规则——公用管道•其它的相关标准和规程外观检查：(1)泄漏检查：检查管子及其他组成件泄漏情况；(2)绝热层、防腐层检查：检查管道绝热层有无破损、脱落、跑冷等情况；防腐层是否完好；(3)振动检查：检查管道有无异常振动情况；(4)位置检查：管道位置是否符合安全技术规范和现行国家标准的要求，管道与管道、管道与相邻设备之间有无相互碰撞及摩擦；(5)变形检查：管道是否存在挠曲、下沉以及异常变形；(6)支吊架检查：•支吊架是否脱落、变形、腐蚀损坏或焊接接头开裂，•支架与管道接触处有无积水现象，•恒力弹簧支吊架转体位移指示是否越限，•变力弹簧支吊架是否异常变形、偏斜或失载，•刚性支吊架状态是否异常，•吊杆及连接配件是否损坏或异常，•转导向支架间隙是否合适，有无卡涩现象，•阻尼器、减振器位移是否异常，液压阻尼器液位是否正常，•承载结构与支撑辅助钢结构是否明显变形，主要受力焊接接头是否有宏观裂纹；(7)阀门检查•阀门表面是否存在腐蚀现象•阀体表面是否有裂纹、严重缩孔等缺陷•阀门连接螺栓是否松动•阀门操作是否灵活(8)法兰检查•法兰是否偏口，紧固件是否齐全并符合要求，有无松动和腐蚀现象•法兰面是否发生异常翘曲、变形(9)膨胀节检查•波纹管膨胀节表面有无划痕、凹痕、腐蚀穿孔、开裂等现象•波纹管波间距是否正常、有无失稳现象•铰链型膨胀节的铰链、销轴有无变形、脱落等损坏现象•拉杆式膨胀节的拉杆、螺栓、连接支座有无异常现象(10)阴极保护装置检查：对有阴极保护装置的管道应检查其保护装置是否完好。(11)蠕胀测点检查：对有蠕胀测点的管道应检查其蠕胀测点是否完好(12)管道标识检查：检查管道标识是否符合现行国家标准的规定(13)安全保护装置检验：是否符合现行国家标准的规定2、结构检查：(1)支吊架的间距是否合理；(2)对有柔性设计要求的管道，管道固定点或固定支吊架之间是否采用自然补偿或其它类型的补偿器结构；结构柔点设计技术3、管道元件和组成件外观质量检查：(1)表面有无损坏，有无变形纵、环焊缝对口错边量、棱角度；(2)表面有无裂纹、皱褶、重皮、碰伤等缺陷。4、焊接接头表面质量检查：•是否存在宏观的表面裂纹5、焊接接头表面几何尺寸检查：（1）咬边（2）错边量6、管道元件和组成件表面腐蚀检查：•是否存在腐蚀或局部腐蚀7、管道元件和组成件的材质检查：•一般应查明管道元件和组成件材料的种类和牌号•材质不明：可采用化学分析、光谱分析等方法予以确定化学分析：根据化学反应来确定金属的组成成分，通过定性分析，可以鉴定出材料含有哪些元素，但不能确定它们的含量；通过定量分析，可以准确测定各种元素的含量。分析合金中指定元素含量；或分析合金中全元素含量，判定合金的牌号。金属材料的化学成份定量化析，可进行C、P、S、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V、Ti等元素的测定。光谱分析法：利用光谱学的原理和实验方法以确定物质的结构和化学成分的分析方法。各种元素在高温、高能量的激发下都能产生自己特有的光谱，根据元素被激发后所产生的特征光谱来确定金属的化学成分及大致含量的方法，称光谱分析法。通常借助于电弧，电火花，激光等外界能源激发试样，使被测元素发出特征光谱。经分光后与化学元素光谱表对照，做出分析。特点：（1）分析速度较快：可在l～2分钟内