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1、8 压力管道的检验检测技术主要内容1.工业管道的检验检测方法2.公用管道的检验检测方法前言什么是压力管道？根据最新的特种设备目录（2014年）定义，压力管道是指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压），介质为气体、液化气体、蒸汽或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体，且公称直径大于或者等于50mm的管道。公称直径小于150mm，且其最高工作压力小于1.6MPa（表压）的输送无毒、不可燃、无腐蚀性气体的管道和设备本体所属管道除外。其中，石油天然气管道的安全监督管理还应按照安全生产法、石油天然气管道保护
2、法等法律法规实施。什么是工业管道？工业管道是指企业、事业单位所属用于输送工艺介质的工艺管道、公用工程管道及其他辅助管道，划分为GC1级、GC2级、GC3级。符合下列条件之一的工业管道为GC1级：（1）输送GB5044-85职业接触毒物危害程度分级中规定的毒性程度为极度危害介质、高度危害气体介质和工作温度高于标准沸点的高度危害液体介质的管道；（2）输送GB50160-1999石油化工企业设计防火规范及GB50016-2006建筑设计防火规范中规定的火灾危险性为甲、乙类可燃气体或甲类可燃液体，并且设计压力大于或者等于4.0MPa的管道；（3）输送流体介质并且设计压力大于或者等于10.0MPa，或者
3、设计压力大于或者等于4.0MPa，并且设计温度大于或者等于400的管道。符合以下规定的工业管道为GC3级：输送无毒、非可燃液体介质，设计压力小于或者等于1.0MPa，并且设计温度大于-20但是小于185的管道。其余为GC2工业管道。-1.工业管道的检验检测方法1.1.压力管道常见的缺陷1.2.检验检测方法1.3.工业管道的定期检验1.1.压力管道常见的缺陷（1）制造安装过程中产生的缺陷压力管道在制造安装的过程产生的缺陷包括管道材料冶炼、轧制、机加工、焊接、热处理等过程中产生的缺陷。冶炼缺陷，如缩管、气孔非金属夹杂物等；轧制缺陷，如夹层、折叠、发纹、拉痕、白点等；机加工缺陷，几何形状或尺寸不符、
4、冲压裂纹等；热处理过程中产生得缺陷，如材料变脆、热处理裂纹等。管道焊接缺陷是压力管道中普遍存在也是最多的缺陷。压力管道最常见的焊接缺陷为：未焊透、未熔合、气孔、夹渣和裂纹；最常见的焊缝形状缺陷为：咬边、错边。1）裂纹缺陷裂纹是最危险的缺陷，按其发生的原因分为管道原材料裂纹、焊接不当产生的裂纹、管道材料热处理不当产生的裂纹、管道过载产生的裂纹、腐蚀产生的裂纹及交变载荷产生的疲劳裂纹等（其中有些是使用过程中产生的裂纹）。裂纹会引起严重的应力集中，严重破坏了材料的连续性，降低材料的强度；如强度较高而韧性较低的材料，或者材料已发生劣化，则极易发生低应力脆断。一般讲，缺陷造成的应力集中越严重，脆性断裂的
5、危险性越大。在交变载荷下，裂纹尖端的高应变区极易使裂纹尖端萌生新的裂纹，并使裂纹扩展，降低结构的疲劳寿命。对压力管道安全使用而言，裂纹的危害性最大。它不仅会使焊接结构报废，还可能会使压力管道破裂造成严重事故。因此是工程上严格控制的一种严重缺陷，在一般的标准中是裂纹是不允许存在的。2）未焊透缺陷未焊透是一种严重的焊接缺陷，可以分为根部未焊透、边缘未焊透、层间未焊透等。在压力管道中，由于其焊接方法采用单面焊，极易在管道内表面产生根部未焊透缺陷。就一般而言，产生未焊透的原因主要有：（a）焊接电太小，运条速度太快，角度不对或电弧偏吹，未能使已熔化的金属焊条与焊件的边缘或底层充分熔合，从而形成未焊透；（
6、b）焊件对口不正确，如钝边太厚，间隙太小；（c）锈污等脏物未清理干净，或有熔渣，阻碍了焊层之间的熔合。未焊透缺陷的危害是减少了焊缝的有效截面积，降低了管道的承载能力和机械性能。尖而细未焊透比较危险，它将引起的严重的应力集中，在交变载荷作用下，未焊透不规则的边缘，将可能逐步扩展形成裂纹，成为压力管道潜在破坏的裂纹源。3）未熔合缺陷未熔合也是一种在焊接过程中不当引起的严重的焊接缺陷。一方面，由于存在未熔合缺陷，减少了焊缝的有效截面积，使得压力管道的承载能力和机械性能显著的降低。另一方面未熔合缺陷两端比较细，容易引起的管道的应力集中，在载荷或交变载荷作用下，将可能逐步扩展形成裂纹，成为潜在破坏的裂纹
7、源。未熔合缺陷产生的原因主要有：（a）焊接电流过小，运条不当，使填充金属在未全部熔透前就互相黏结在一起，而在其另以侧却形成了漏焊孔洞；（b）使用电流过大，致使焊条的后半截由于过热而发红，造成熔化太快，当焊件边缘尚未熔化时，焊条的熔化金属已经覆盖上去，形成未熔合。4）气孔缺陷气孔是管道焊接过程中焊缝中最常见的焊接缺陷。气孔缺陷的存在破坏了管道焊缝的连续性，使管道的承载的有效截面积减小，从而降低焊缝的机械性能和承载能力。当气孔面积占截面积的5%以下时，气孔对静强度的影响较小，但当成串气孔总面积超过焊缝截面积的20%时，结构的强度极限会急剧下降。因此，成串或密集气孔要比单个气孔危险得多，表面气孔对材
8、料的弯曲和冲击性能影响较大，因此表面气孔要比埋藏的气孔危险。气孔使有效截面积减少10%时，材料的疲劳强度则下降50%。产生的主要原因有：（a）焊接过程中，焊接运条不当，焊接速度太快，致使熔化金属冷却太快，焊缝熔溶金属中气体在成形冷却前未能来得及逸出，在焊缝金属内部或表面形成的孔穴。（b）焊条受潮，焊条涂层太薄，药皮剥落而芯锈；焊条烘干时温度太高，使药皮成分变质失效；（c）焊接过程中焊件未清理干净；（d）焊接过程中，气体来不及从焊缝中逸出；电流过大；（e）焊接周围环境湿度过大等。5）夹渣缺陷夹渣也是焊缝中最常见的焊接缺陷。夹渣存在尖锐的棱角边界，其尖角处易引起应力集中，其危害性比气孔缺陷严重，特
9、别是条形的连续夹渣。夹渣洞穴中填充着非金属的夹杂物，会影响焊缝的致密性，从而影响材料的性能，根据其截面的大小成正比例的降低材料的抗拉强度，但夹渣对屈服强度影响较小，但使材料的冷弯、冲击性能大幅度减低。单个间断小球状的夹渣物影响较小，而细小的线状的连续夹渣相对影响较大些。在有交变载荷和温度变化的环境下，条形夹渣内的熔渣与金属的膨胀系数相差悬殊导致产生很大的内应力，从而引发裂纹产生。夹渣产生的原因主要是焊件边缘及焊层之间未清理干净；焊接电流太小，而焊条太粗；焊件坡口角度过小，加上运条不当，致使焊渣与铁水分离不清，阻碍了焊渣上浮；熔化金属凝固太快，熔渣来不及浮出；焊件与焊条的化学成分不相宜等。（2）
10、使用过程中产生的缺陷压力管道在使用过程中，由于周围环境、介质、返修、载荷等因素会使压力管道产生各种缺陷，常见的缺陷主要包括：（a）由于环境、介质等引起各种腐蚀缺陷；（b）由于长期在高温环境下运行产生的材料损伤和组织缺陷；（c）管道在交变载荷、振动作用下引起的疲劳裂纹；（d）压力管道在修理焊接引起的缺陷。（a）腐蚀缺陷在用压力管道常见腐蚀缺陷主要有：均匀腐蚀（与材料和介质有关）；点腐蚀（孔蚀）（与材料和介质有关）；冲刷腐蚀（与部位和介质流速以及介质中的颗粒含量有关）；晶间腐蚀（主要与介质和材料有关）；应力腐蚀（与介质，应力，材料有关）；缝隙腐蚀（与介质、材料、结构缝隙有关）；氢腐蚀（与氢介质、高
11、温、压力、材料有关）；电偶腐蚀（与介质、相接触的多种金属材料有关）；有保温腐蚀（与介质、材料、温度有关）；无保温腐蚀（与周围环境有关）；管道与支架局部接触处腐蚀。（b）长期使用引起压力管道的材料损伤管道材料损伤是指管道材料在长期运行中组织和性能发生变化的现象。压力管道材料长期在高温下运行，材料会发生损伤。如高温、高压临氢设备及管道一般设计寿命大约在10万小时左右，随着运行时间的增加，特别在超过设计寿命情况下，发生各类损伤和失效破坏的可能性将越来越大。国内外不少石油化工企业高温临氢管线在服役未满10万小时曾发生过严重的破坏事故。一般而言，高温临氢管道长期服役后主要的损伤形式为高温下的材料氢损伤和
12、高温下的材料脆化损伤。高温蒸汽管道的管材一般为低碳钢和低合金钢。这些管道中输送的蒸汽介质不会引起管道材质劣化损伤，但由于温度较高，材料经长时间运行后仍会受到损伤。低碳钢和低合金钢管道高温长期服役后的材料损伤形式主要为珠光体球化和石墨化。蒸汽管道因材料发生珠光体球化致使蠕变强度和持久强度下降而引发的爆管事故也经常发生。I.珠光体球化压力管道用低碳钢与低合金钢一般在常温下组织为铁素体+珠光体。此类钢在高温下长期使用后，珠光体组织中的片状渗碳体会逐渐地趋向形成球状渗碳体，并慢慢聚集长大，此种现象叫做珠光体球化。珠光体组织中渗碳体的球化及其聚集过程是通过渗碳体的溶解、碳原子在固溶体中的扩散以及由固溶体
13、中析出渗碳体几个步骤组成。这一过程主要与温度、时间及钢的成份有关。在一定的温度下，时间愈长，球化愈完全。在常用的管道用钢中，低碳钢比钼钢更易产生球化现象，铬钼钢与铬钼钒钢则比钼钢的球化速度低。钢发生珠光体球化后，会使钢的室温强度显著降低。我国对20号钢的球化通常分为6级，20号钢珠光体中度球化后将使钢的抗拉强度降低20%。II.石墨化钢在高温、应力长期作用下，由于珠光体内渗碳体（Fe3C）分解出游离石墨的现象叫做石墨化。在渗碳体不断的分解下这些石墨不断聚集长大，形成石墨球。时间愈长，石墨球愈严重。我国根据钢中石墨化的发展程度，一般将石墨化分为四级：1级：石墨化现象不明显；2级：明显的石墨化；3
14、级：严重的石墨化；4级：很严重的石墨化（危险的）。石墨化现象只在高温下发生，低碳钢当温度在450以上、0.5Mo钢约在480以上长期工作后都可能发生石墨化。此时，钢发生不同程度的脆化，强度与塑性降低，石墨化严重时可导致压力管道发生失效。一般钢发生石墨化的时间需要几万小时，所以电厂高温下长期运行的过热器管子和主蒸汽管道的主要检查管子的金相组织变化（石墨化和珠光体球化）及对管子材料力学性能的影响。石墨化达到4级的碳钢和钼钢三通及弯头应予以更换。III.蠕变金属材料在长时间恒温（高温）和不超过其屈服强度的恒应力作用下发生缓慢塑性变形的现象称为蠕变。晶粒在最易错动的晶面或晶界上发生滑移是蠕变变形的主要
15、原因。同时，蠕变也使晶格歪曲、破碎和材料硬化，使继续滑移受到限制。因此钢材在350以下不发生蠕变。但在高温下金属的晶界首先发生软化，蠕变得以发生和继续，一直延续到断裂。蠕变使材料损伤主要是在晶界上先形成微小的空洞，空洞不断的变大和相互连通，并逐步形成沿晶的微裂纹，直至形成宏观裂纹，扩展后断裂。在断裂之前宏观上表现出宏观变形不断增加。（c）长期在温度、压力波动、频繁的开停车等交变载荷作用下工作压力管道（如泵、压缩机进出口处的压力管道），会产生疲劳裂纹缺陷，也会使原来存在的其它缺陷发生扩展，最后形成新的危险的裂纹缺陷。（d）压力管道使用过程中，如果返修或检修不当，也会产生新的缺陷。如压力管道返修焊接时，如果施工工艺不当或焊接工艺选择不准确，会产生新的制造缺陷。
