壓力管道中的“絕癥”，3分鐘帶你認(rèn)識什么是“蠕變”破壞！

    大家都知道，在持續(xù)的高溫加熱狀態(tài)下，無論多堅固的材料，都難免會產(chǎn)生狀態(tài)變化，哪怕是“真金不怕火煉”的黃金，在高溫下也要被融化成一攤液體。而作為特種設(shè)備之一的壓力管道，在長時間的工作中，同樣會遇到這樣的問題。

    在石油化工廠上過班的朋友應(yīng)該清楚，石油化工廠的部分煙氣管需要長期在650°~700°左右的溫度運(yùn)行，在如此高的溫度下，管道中的碳鋼部件、合金鋼部件、不銹鋼部件等如果超過自身材料所承受的溫度極限時，壓力管道就會產(chǎn)生蠕變風(fēng)險。

    什么是金屬蠕變？為什么會產(chǎn)生蠕變？

    （許多材料如金屬、塑料、巖石和冰，在一定條件下都表現(xiàn)出蠕變的性質(zhì)，而本文主要針對金屬管道來講蠕變）

上面我們提到，高溫高壓會影響到金屬狀態(tài)變化，而在石油化工廠、火電廠中使用的主蒸汽管道、鍋爐聯(lián)箱、汽水管通、高溫緊固件等，就常常需要與高溫打交道，里面的金屬材料由于長期在惡劣的狀態(tài)下工作運(yùn)行，所以在管道應(yīng)力的作用下，其中的金屬材料往往會產(chǎn)生緩慢的塑性變形現(xiàn)象，我們就將這種現(xiàn)象稱為蠕變。

    蠕變現(xiàn)象主要由三個方面的因素構(gòu)成：溫度、應(yīng)力和時間。

    通常蠕變可以發(fā)生在任何溫度，所謂的溫度“高”或“低”，是相對于金屬熔點(diǎn)而言的，對于一般的金屬而言，蠕變現(xiàn)象可能只有在高溫條件下才會明顯地表現(xiàn)出來，如：碳鋼在300-400℃時，在應(yīng)力的作用下能明顯檢測出蠕變現(xiàn)象；當(dāng)把溫度逐漸提高至超過400℃時，即使碳鋼材料的應(yīng)力不大，也會出現(xiàn)較大速率的蠕變；又譬如說合金鋼的溫度，在超過400~450℃時，在一定的應(yīng)力作用下，它就會發(fā)生蠕變，隨著溫度愈高，這種蠕變現(xiàn)象就愈明顯；但如果是某些金屬，譬如鉛、錫及它們的合金，這些金屬材料就算是在常溫條件下也有可能表現(xiàn)出蠕變現(xiàn)象。

    金屬材料在蠕變過程中可發(fā)生不同形式的斷裂現(xiàn)象，按照斷裂時塑性變形量大小的順序，可把蠕變斷裂分為如下類型：

    綜合手段檢測特種設(shè)備的金屬蠕變

    由于金屬蠕變存在一個累積階段，隨著整個蠕變過程的不斷發(fā)展，會使金屬部件發(fā)生過量的塑性變形或者部件失效損壞等，甚至發(fā)生嚴(yán)重事故。

    所以，對于長期運(yùn)行的高溫部件，要進(jìn)行嚴(yán)格的蠕變監(jiān)測。一般來說，我們會采用金相組織檢驗(yàn)、樣品厚度硬度檢測、超聲波無損檢測、蠕變試驗(yàn)機(jī)檢測等技術(shù)，對需要檢測的特種設(shè)備進(jìn)行風(fēng)險評估。

    2018年，廣州承壓院就曾受某電廠委托，對其電站鍋爐末級過熱器管爆管的原因進(jìn)行失效分析。我們的技術(shù)分析人員在對該臺電站鍋爐末級過熱器管爆管進(jìn)行了綜合原因分析后，認(rèn)為失效的原因主要是其電廠的過熱器管內(nèi)壁在高溫和蒸汽環(huán)境下發(fā)生了氧化，在表面形成一層氧化皮。

    在高溫環(huán)境和蒸汽的吹刷下氧化皮出現(xiàn)脫落，在下彎管部位堆積，導(dǎo)致管子流通截面減少、介質(zhì)流量降低而進(jìn)一步過熱。過熱器局部出現(xiàn)過熱老化和蠕變損傷，力學(xué)性能出現(xiàn)了劣化，最終在蒸汽內(nèi)壓的作用下出現(xiàn)脹粗并爆裂。

    針對該鍋爐出現(xiàn)爆管的原因，分析人員提出了四個建議措施：

    一是加強(qiáng)過熱器管的金屬監(jiān)督，采用金相、測厚、硬度、無損檢測等技術(shù)對過熱器管進(jìn)行監(jiān)督檢查，發(fā)現(xiàn)管子出現(xiàn)異常及時處理；

    二是對過熱器爆管附近增設(shè)壁溫測點(diǎn)，加強(qiáng)對末過管壁溫度的監(jiān)控，并采取措施避免出現(xiàn)過熱；

    三是改善過熱器運(yùn)行溫度條件，如對鍋爐燃燒系統(tǒng)改造，對鍋爐進(jìn)行燃燒調(diào)整等，使煙氣溫度場更加均勻，避免局部溫度過高；

    四是加強(qiáng)鍋爐蒸汽系統(tǒng)除氧，減少蒸汽含氧量。

    如果有其他的特種設(shè)備使用單位也發(fā)現(xiàn)自己的設(shè)備存在缺陷或異常，一定要加強(qiáng)重視，及時委托專業(yè)單位進(jìn)行失效原因分析，以采取有效的措施，防止事故發(fā)生。