压力管道缺陷产生原因及无损检测

压力管道缺陷产生原因及无损检测

周凯

伊犁州特种设备检验检测所 新疆伊犁 835000

摘要：压力管道属于有较大危害性的管道，具有应用领域广、跨越空间大、承载压力大、输送介质多等特点。裂纹是压力管道最容易产生同时也是最具危害性的缺陷，裂纹扩展到一定程度可造成材料断裂，从而导致安全事故的发生。

关键词：压力管道；缺陷原因；处理措施

引言

在大型化工装置系统中，最不可或缺的使用设备就是压力管道，用压力管道来运输流体状态物质，是各行业认为最经济的方式，所以石油、化工原料、煤气、天然气等物质都是通过管道来传输。随着各种装置建设向大型化和集约化的方向发展，以及新技术和新工艺的应用和执行更严格的环保标准，新建压力管道的铺设更加密集复杂，管道的运行条件更加苛刻，这就给压力管道的运行安全管理、检验检测和安全监管带来很大的困难。加上管道容易受环境、管材、施工等诸多因素影响，长期使用不更换会造成管道腐蚀、破损和失效，从而影响到化工生产和导致重大的安全事故。因此研究压力管道安装过程中可能存在的风险，汇总分析压力管道安装监督检验中的典型质量问题，从源头上进行防范，保障管道安装安全质量具有客观实际的需求和重大的现实意义。

1.压力管道裂纹形成原因的分析

1.1焊接裂纹

焊接裂纹主要是在管道安装过程中产生的，它是由于焊缝中原子结合遭受到破坏，从而形成新的界面而产生的裂缝。焊接裂纹通常存在焊缝的热影响区，角焊缝表面缺陷区和具有较大残余应力的焊缝处。

根据焊接裂纹形成的条件，可以分成冷裂纹，热裂纹，层状撕裂和再热裂纹。其中，热裂纹通常发生于焊缝金属凝固末期，又称为结晶裂纹。热裂纹通常沿晶界开裂，裂纹表面有氧化色彩，同时失去金属原有的光泽。管道的热裂纹通常发生在杂质较多的碳钢，奥氏体不锈钢以及低合金钢等材料的焊缝中。冷裂纹指在焊缝冷却至马氏体转变温度点以下而产生的裂纹，通常在焊后一段时间后发生，因此又称为延迟裂纹。钢的淬硬倾向、拘束应力和焊接接头中的扩散氢含量是致使冷裂纹发生的原因。冷裂纹的开裂方式分为穿晶开裂，沿晶开裂以及二者混合出现。冷裂纹主要产生于热影响区，少数发生在焊缝上。再热裂纹主要发生在焊接接头冷却后随后又加热至 500-650℃时而生成的裂纹。再热裂纹主要发生在添加Mo、Ti、Nb、Cr等金属元素而具有沉淀强化的材料中的焊接热影响区中，再热裂纹一般由熔合线向热影响区中的粗晶区扩展，具有晶间开裂的特点。层状撕裂是焊接时在焊接构件中沿钢板轧制方向形成的显阶梯状的一种裂纹。层状裂纹也属于冷裂纹的一种，主要产生于钢材的轧制过程中，夹杂在其中的Al2O3、硅酸盐类和硫化物等杂质形成各向异性，导致层状裂纹的发生。

1.2疲劳裂纹

疲劳裂纹主要是指由于压力管道材料的缺陷或布置结构不合理，在循环应力，温度的作用下而产生的局部应力过高情况，经一定的循环次数就会形成疲劳裂纹。疲劳裂纹形成的起始阶段，形态微小，随时间的推移裂纹逐渐向纵深扩展,最终形成疲劳断裂，因此疲劳裂纹具有一定的隐蔽性，但疲劳裂纹多发生于腐蚀凹坑或表面缺陷处（表面焊迹、焊波、引弧坑等），或在应力集中并存在较大焊接残余应力的地方。疲劳裂纹可分为热疲劳裂纹，腐蚀疲劳和机械疲劳等。

1.3应力腐蚀

裂纹应力腐蚀裂纹主要是管道在应力与腐蚀环境共同作用下产生的裂纹。常见的应力腐蚀裂纹有碳钢在碱液中发生开裂，奥氏体不锈钢在氯离子溶液中开裂以及金属在湿硫化氢溶液中腐蚀开裂。应力的来源可以是外加应力，也可以是在经过焊接、冷加工后管道内部的残余应力。残余应力可能由于内部结构改变引起体积改变造成的，也有可能是升温后降温不均匀造成的。应力腐蚀破裂通常有一个孕育周期，有经过几天就开裂，也有可能数年后才开裂。应力腐蚀裂纹通常发生在焊缝的焊波处、引弧坑、焊缝的咬边以及孔蚀的凹坑等应力集中处，因此，裂纹发生时通常不止有一条裂纹，而常常是多源的裂纹。应力腐蚀裂纹的形态主要是不断扩展的裂纹，具有分叉、多源和宏观走向与主应力大致垂直等特征。

3.无损检测技术在压力管道中的应用

3.1射线无损检测技术

在压力管道无损检测工作中，射线无损检测技术能够对压力管道的性能和结构进行精准的检测，是应用最为广泛的检测技术。射线无损检测技术主要利用射线的强穿透力，发出的射线能够无阻碍地散射到压力管道的内部，根据压力管道不同部位的建造材料对射线的吸收能力来判断该部位是否存在缺陷，以此来达到无损检测的目的。由于压力管道内部建造的材料种类较多，不同材料对射线的反射和吸收能力存在一定的差异性，检测人员可以在了解不同类型材料对射线吸收能力的基础上，结合光图分析方法对设备内部整体的结构进行良好的检测。如果检测人员需要对机电锅炉压力管道进行检测，那么可以选用中子射线、X 射线等射线类型来提高检测的准确性与效果，利用射线发出设备将中子射线发射到压力管道内部指定位置，这便能够得到可信度较高的检测结果。

3.2超声波无损检测技术

一般而言，利用超声波无损检测技术的探测仪器体积较小、重量较轻，便于操作人员随身携带，使用的操作流程较为简单，在对焊接缝、螺栓、压力容器等压力管道的裂痕检测工作中应用广泛，而且不会对操作人员的身体造成辐射危害。操作人员如果需要检查压力管道的使用流量、外壳硬度、厚度、强度、内部工件的黏性和应力等性质，而且设备表面的形状较为规则且光滑，那么选用超声波无损检测技术可以提高检测的准确性和精度。形状参差不齐，表面外壳粗糙的压力管道尽量选用其他类型的无损检测技术。

3.3磁粉无损检测技术

特种设备在建造过程中会处于半成品和成品阶段，在对该阶段的特种设备进行无损检测时，可以选用磁粉无损检测技术，该检测技术使用到的原理是金属在受到电磁影响下会产生磁化现象。若金属存在缺陷，那么在其被磁化以后，内部会存在许多杂质和裂缝，这就会破坏磁场的均匀性，降低金属对磁粉的吸附性。因此，工作人员可以根据磁场的分布情况以及磁粉的吸附数量来对半成品或成品阶段的特种设备进行精准的无损检测工作。此外，磁粉无损检测技术存在使用简单、高效、快捷等优点，在特种设备制作过程中就能够发现设备内部是否存在缺陷，一旦检测出缺陷便可以安排生产人员对特种设备进行及时的修补，确保其达到实际的使用标准。科技不断发展的同时也促进了磁粉无损检测技术的快速发展，目前，磁粉无损检测技术也能够准确检测出特种设备的疲劳程度、使用程度以及损伤程度，该技术在不断改革和完善中使用的范围逐步扩大，能够检测的特种设备类型逐步增多，检测结果的精准性也得到了良好的保证。

3.4渗透检测

操作人员在利用渗透检测技术时，一般会使用附着能力较强的荧光染料，检测工作开始之前，将荧光染料送入特种设备的工件内部，然后在染料表面撒上一层显像剂，如果工件某个部位存在缺陷，那么缺陷便会立刻显现出来。由于荧光染料的使用存在一定的缺陷性，因此，渗透检测技术一般用来检测由有色金属、陶瓷、非金属材质制成的特种设备，而其他类型的特种设备则会产生染料附着在设备内部的现象，这会给设备后期的使用造成不利影响。对于奥氏体不锈钢材料而言，其焊接的环境温度不得高于 250 ℃，检测人员在对焊接部位进行检测时，可以采用渗透检测技术来提高检测的准确性。渗透检测技术能够检测出焊接部位是否存在裂纹、气孔、氧化等缺陷，即使检测环境存在水电隔绝的现象，渗透检测技术依然能够顺利开展，而且渗透检测技术在户外特种设备无损检测时也能够高效利用。然而，该检测技术无法检测特种设备内部可能存在的闭合性缺陷。

结语

压力管道经过长期的高压运行后，会产生较多的缺陷问题，将会造成化工产业在经济和效率方面的损失，通过缺陷原因和无损检测技术的分析，能够有效促进压力管道缺陷问题的改善和防范，并加强无损检测技术的提高与发展，使化工产业的生产质量和效率得到更好的保障。

参考文献

[1]李侃. 压力管道检验中发现的缺陷原因分析及处理措施[J]. 化工管理，2020（04）：219.

[2]张伟军. 浅谈压力管道缺陷检验与风险评估[J]. 科技资讯，2012（10）：100.