压力管道中的“绝症”，3分钟带你认识什么是“蠕变”破坏！

    大家都知道，在持续的高温加热状态下，无论多坚固的材料，都难免会产生状态变化，哪怕是“真金不怕火炼”的黄金，在高温下也要被融化成一摊液体。而作为特种设备之一的压力管道，在长时间的工作中，同样会遇到这样的问题。

    在石油化工厂上过班的朋友应该清楚，石油化工厂的部分烟气管需要长期在650°~700°左右的温度运行，在如此高的温度下，管道中的碳钢部件、合金钢部件、不锈钢部件等如果超过自身材料所承受的温度极限时，压力管道就会产生蠕变风险。

    什么是金属蠕变？为什么会产生蠕变？

    （许多材料如金属、塑料、岩石和冰，在一定条件下都表现出蠕变的性质，而本文主要针对金属管道来讲蠕变）

上面我们提到，高温高压会影响到金属状态变化，而在石油化工厂、火电厂中使用的主蒸汽管道、锅炉联箱、汽水管通、高温紧固件等，就常常需要与高温打交道，里面的金属材料由于长期在恶劣的状态下工作运行，所以在管道应力的作用下，其中的金属材料往往会产生缓慢的塑性变形现象，我们就将这种现象称为蠕变。

    蠕变现象主要由三个方面的因素构成：温度、应力和时间。

    通常蠕变可以发生在任何温度，所谓的温度“高”或“低”，是相对于金属熔点而言的，对于一般的金属而言，蠕变现象可能只有在高温条件下才会明显地表现出来，如：碳钢在300-400℃时，在应力的作用下能明显检测出蠕变现象；当把温度逐渐提高至超过400℃时，即使碳钢材料的应力不大，也会出现较大速率的蠕变；又譬如说合金钢的温度，在超过400~450℃时，在一定的应力作用下，它就会发生蠕变，随着温度愈高，这种蠕变现象就愈明显；但如果是某些金属，譬如铅、锡及它们的合金，这些金属材料就算是在常温条件下也有可能表现出蠕变现象。

    金属材料在蠕变过程中可发生不同形式的断裂现象，按照断裂时塑性变形量大小的顺序，可把蠕变断裂分为如下类型：

    综合手段检测特种设备的金属蠕变

    由于金属蠕变存在一个累积阶段，随着整个蠕变过程的不断发展，会使金属部件发生过量的塑性变形或者部件失效损坏等，甚至发生严重事故。

    所以，对于长期运行的高温部件，要进行严格的蠕变监测。一般来说，我们会采用金相组织检验、样品厚度硬度检测、超声波无损检测、蠕变试验机检测等技术，对需要检测的特种设备进行风险评估。

    2018年，广州承压院就曾受某电厂委托，对其电站锅炉末级过热器管爆管的原因进行失效分析。我们的技术分析人员在对该台电站锅炉末级过热器管爆管进行了综合原因分析后，认为失效的原因主要是其电厂的过热器管内壁在高温和蒸汽环境下发生了氧化，在表面形成一层氧化皮。

    在高温环境和蒸汽的吹刷下氧化皮出现脱落，在下弯管部位堆积，导致管子流通截面减少、介质流量降低而进一步过热。过热器局部出现过热老化和蠕变损伤，力学性能出现了劣化，最终在蒸汽内压的作用下出现胀粗并爆裂。

    针对该锅炉出现爆管的原因，分析人员提出了四个建议措施：

    一是加强过热器管的金属监督，采用金相、测厚、硬度、无损检测等技术对过热器管进行监督检查，发现管子出现异常及时处理；

    二是对过热器爆管附近增设壁温测点，加强对末过管壁温度的监控，并采取措施避免出现过热；

    三是改善过热器运行温度条件，如对锅炉燃烧系统改造，对锅炉进行燃烧调整等，使烟气温度场更加均匀，避免局部温度过高；

    四是加强锅炉蒸汽系统除氧，减少蒸汽含氧量。

    如果有其他的特种设备使用单位也发现自己的设备存在缺陷或异常，一定要加强重视，及时委托专业单位进行失效原因分析，以采取有效的措施，防止事故发生。