中壓大口徑厚壁管道焊接質(zhì)量無源監(jiān)控實(shí)踐

胡曉麗， 王周蘭， 姜濤

（石油化工工程質(zhì)量監(jiān)督總站川維分站，重慶401254）

0 引言

無損檢測就是在不破壞檢測對象的理化狀態(tài)前提下，利用儀器來檢測其內(nèi)部均勻性和缺陷的方法。

無損檢測作為一種有效的檢測手段，在保證承壓類特種設(shè)備的制造和使用安全方面，顯得特別重要。對于川維30萬t/a醋酸乙烯項(xiàng)目工程建設(shè)來說，工藝管道安裝工程的焊接質(zhì)量既是安裝工程施工質(zhì)量控制的重點(diǎn)，也是安裝工程施工質(zhì)量控制的難點(diǎn)，其中尤以國內(nèi)首座單套77萬t/a甲醇裝置的中壓大口徑厚壁管道焊接質(zhì)量控制尤為關(guān)鍵。

1 常用的無損檢測方法及其基本原理［1］

常用的無損檢測方法有射線檢測（RT）、超聲檢測（UT）、滲透檢測（PT）、磁粉檢測（MT）等，下面主要介紹這4種檢測方法的基本原理。

1.1 射線檢測

射線檢測的原理：如果被檢對象內(nèi)部存在缺陷，當(dāng)射線穿透感光，底片上缺陷位置就會(huì)出現(xiàn)與工件正常區(qū)域黑度不同的差異。這是由于缺陷構(gòu)成部分的衰減系數(shù)與被檢對象的不同造成的，通過觀察這種差異，就可以確定缺陷的準(zhǔn)確位置和缺陷性質(zhì)。

利用射線檢測方法，很容易檢出局部厚度不均的缺陷，同時(shí)對工件內(nèi)部的氣孔、夾渣、未焊透、未熔合、裂紋及燒穿之類的缺陷有很高的檢出率。射線照相法在各種熔化焊接方法的對接接頭（如在鍋爐、壓力容器制造檢驗(yàn)及壓力管道安裝工程）中已得到廣泛的應(yīng)用。射線檢測常用X射線檢測和γ射線檢測。X射線、γ射線就其本質(zhì)而言都是電磁波，而不同之處在于產(chǎn)生的機(jī)理不同。由于它們產(chǎn)生的機(jī)理不同，所以在無損檢測的過程中就各有優(yōu)缺點(diǎn)。

表1 X射線和γ射線的比較

1.2 超聲檢測

超聲檢測的基本原理為當(dāng)超聲波傳播到氣孔、裂紋等缺陷界面時(shí)，是不能通過的，將全部或部分折回。通過對折回的超聲波反映出來的波形特征，就可以判斷出缺陷的位置、形狀。實(shí)際檢測中，常采用直接接觸式脈沖反射法。脈沖反射法的優(yōu)點(diǎn)：檢測靈敏度高，能發(fā)現(xiàn)較小的缺陷；檢測精度較高；適用范圍廣；操作簡單方便。目前超聲檢測也可以用來檢測晶粒粗大的奧氏體不銹鋼，在JB/T 4730-2005中有相關(guān)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，但由于需要制作相應(yīng)配套試塊，技術(shù)還不算成熟。

1.3 磁粉檢測

磁粉檢測的基本原理是利用缺陷部位的表面不連續(xù)性，當(dāng)工件被磁化后，表面的磁力線將會(huì)產(chǎn)生漏磁場，觀察磁粉被吸附的情況，從而判斷缺陷的存在，顯示缺陷的形狀及位置。磁粉檢測不適用于無鐵磁性的奧氏體不銹鋼。

1.4 滲透檢測

滲透檢測的基本原理是對零件表面施涂含有熒光劑染料或者著色染料的滲透液后，待滲透液充分滲入后，將工件表面的滲透液完全清洗掉，這樣殘留在內(nèi)部缺陷的滲透液就可以直接通過顯像劑檢驗(yàn)出來。

2 甲醇裝置壓力管道情況簡介

我廠建設(shè)的國內(nèi)首座單套77萬t/a甲醇裝置管道材質(zhì)主要有 20G（GB5310-2008）、P11（ASME）、0Cr19Ni9（GB/T1220-2007）等3種，其中最大管道外徑為950 mm，壁厚為52 mm，最高設(shè)計(jì)溫度500℃，最高設(shè)計(jì)壓力17.8 MPa，管道材質(zhì)0Cr19Ni9，中壓大口徑厚壁管道主要集中在壓縮、合成兩個(gè)單元。該甲醇裝置管線共計(jì)427條，總長度約16.880 1 km，其中GC1級壓力管道4.4796 km，GC2級壓力管道8.069 km。

77萬t/a甲醇裝置合成回路典型管道參數(shù)如下：管道號為900-P-63006-EBA-H；管道規(guī)格為DN900，外徑φ950mm，壁厚為52 mm；管道材質(zhì)為0Cr19Ni9；操作壓力為8.0 MPa；操作溫度為45℃；設(shè)計(jì)壓力為9.2 MPa；設(shè)計(jì)溫度為180℃；試驗(yàn)壓力為14.93 MPa；試驗(yàn)介質(zhì)為水（氯離子含量小于25 mg/L）；保溫材料為巖棉，保溫厚度為150 mm；腐蝕余量為CS 2% ，不小于1 mm；SS 1%，不小于0.5 mm；管道分級為SHB/GC1；管道焊縫無損檢測比率為100%。

對于厚壁管道焊縫質(zhì)量檢測，石化工程上通常是采用放射源進(jìn)行射線檢測，但由于核心設(shè)備甲醇反應(yīng)器到貨推遲了約6個(gè)月，甲醇裝置工藝管道安裝開工時(shí)周邊裝置相繼完工中交，正在進(jìn)行緊張的工程掃尾與聯(lián)動(dòng)試車等試生產(chǎn)準(zhǔn)備，人員復(fù)雜，清場困難，施工區(qū)域鄰近社會(huì)公路安全距離難以滿足要求，施工場地基本不具備引入放射源進(jìn)行射線探傷作業(yè)的安全距離條件與引入放射源報(bào)審時(shí)間。在無放射源射線檢測條件下，如何既保證厚壁管道安裝趕工進(jìn)度，又確保厚壁管道焊縫內(nèi)在質(zhì)量成為制約整個(gè)項(xiàng)目完工投產(chǎn)的重大難題。川維質(zhì)監(jiān)站深度參與PMT、中石化五公司、華夏監(jiān)理對此重大難題的數(shù)次技術(shù)討論研究，最終達(dá)成共識：確保質(zhì)量第一原則，管道安裝趕工進(jìn)度必須服從大口徑厚壁管道焊接質(zhì)量檢測方式，在檢測質(zhì)量合格的前提下，合理安排管道預(yù)制深度，采用組合常規(guī)檢測方式達(dá)到焊縫質(zhì)量監(jiān)控到位的目的。對于材質(zhì)為20G、P11的厚壁管道，預(yù)制焊口時(shí)充分利用埋弧自動(dòng)焊生產(chǎn)線的焊接質(zhì)量好且穩(wěn)定、效率高等優(yōu)勢，采用了手工氬弧焊打底+埋弧自動(dòng)焊蓋面的焊接工藝。為了解決埋弧自動(dòng)焊引弧時(shí)電流大，掌握不好容易擊穿根部焊縫造成根部缺陷，將氬弧焊接厚度提高到6～8 mm，確保焊縫根部焊接質(zhì)量，再用埋弧自動(dòng)焊機(jī)焊接的方法。

對于材質(zhì)為國產(chǎn)0Cr19Ni9（替代進(jìn)口304L）的厚壁管道，在焊接中采用減少水平段預(yù)制深度，加大垂直段管道的預(yù)制深度相結(jié)合的施工方法。預(yù)制口采用手工氬弧焊打底+埋弧自動(dòng)焊蓋面的焊接工藝。

3 甲醇裝置厚壁管道焊接質(zhì)量的無損檢測監(jiān)督實(shí)踐

根據(jù)GB/T20801-2006第5部分《檢驗(yàn)與試驗(yàn)》第6.3條和TSG D0001-2009《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程-工業(yè)管道》第八十五條規(guī)定：“管道的名義厚度大于30 mm的對接接頭可以用超聲檢測代替射線檢測?！?/p>

綜上所述，厚壁管的無損檢測應(yīng)當(dāng)首先采用X射線檢測，考慮到甲醇裝置管道安裝工程的焊口位置空間立體性強(qiáng)，即使采用十分笨重的350型X光機(jī)檢測焊接質(zhì)量，一般也僅限適用于管道壁厚小于20 mm的場合，對于管道壁厚大于20 mm的厚壁管道焊接內(nèi)部質(zhì)量檢測，則必須采用γ源，但γ源射線檢測安全間距要求較大，由于甲醇裝置設(shè)備到貨晚，其他裝置已經(jīng)中交、試車，導(dǎo)致甲醇裝置現(xiàn)場無法采用γ射線探傷。

經(jīng)過甲醇裝置厚壁管道的實(shí)際特點(diǎn)，為保證厚壁管道無損檢測的質(zhì)量，切實(shí)做好壓力管道安全質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)工作采取了以下措施：1）對于20G、P11此類管道，加大工廠化預(yù)制程度，減少手工作業(yè)焊接量，預(yù)制焊口蓋面完成采用大功率X射線機(jī)中心周向透照法進(jìn)行檢測，現(xiàn)場安裝焊口采用一條線多點(diǎn)同時(shí)組對、焊接，根部焊縫焊接到20～24 mm，采用大功率X射線機(jī)從外部雙壁單影透照法檢測，蓋面后再用超聲檢測法復(fù)查焊接質(zhì)量。2）對于國產(chǎn)0Cr19Ni9（替代進(jìn)口304L）管道，現(xiàn)場安裝時(shí)，每條管線都從設(shè)備口開始組對焊接，蓋面完成采用X射線機(jī)中心周向透照檢測合格后依次逐口安裝，最后剩余封閉段2道焊口根部焊縫采用氬弧焊焊接到20～24 mm，采用大功率X射線機(jī)從外部雙壁單影透照法檢測，由于超聲波對不銹鋼材質(zhì)進(jìn)行檢測有靈敏性低、檢測波不穩(wěn)定等特點(diǎn)，因此蓋面后再用表面著色檢測法復(fù)查焊接缺陷。3）如果管道內(nèi)徑適于放置350型X射線機(jī)身，則現(xiàn)場安裝焊口優(yōu)先采用管道內(nèi)部固定X射線機(jī)身、中心周向透照檢測焊口蓋面完成的焊縫質(zhì)量。

此外，超聲檢測的結(jié)果對檢測人員的技術(shù)素質(zhì)與職業(yè)操守依賴性較大且不具有可追溯性。超聲檢測與射線檢測相比具有檢測靈敏度較高、周期短、成本低、方便靈活、效率高，對人體無害等優(yōu)點(diǎn)；最大的缺點(diǎn)是對工作表面的平滑性和檢驗(yàn)人員提出了較高的要求；超聲檢測適合厚度較大的零件檢驗(yàn)。

基于超聲檢測的特點(diǎn)，為保證甲醇裝置厚壁管無損檢測的質(zhì)量，切實(shí)做好壓力管道安全質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)工作采取了以下措施：1）對建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工、檢測各參建主體進(jìn)行石化質(zhì)監(jiān)〔2011〕1號《石油化工建設(shè)工程壓力管道安全質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)工作規(guī)程》宣貫，制定監(jiān)督計(jì)劃和技術(shù)交底。2）各參建單位需建立壓力管道安全質(zhì)量保證體系，確保各級質(zhì)量負(fù)責(zé)人到位并切實(shí)履行各自職責(zé)，加強(qiáng)現(xiàn)場壓力管道安全質(zhì)量管理，嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝，嚴(yán)格執(zhí)行焊材管理、烘烤、發(fā)放及回收制度，保證壓力管道工程質(zhì)量全過程受控。3）現(xiàn)場檢測單位的超聲檢測人員，必須按照集團(tuán)公司要求，取得中石化集團(tuán)公司頒發(fā)的《石油化工管道工程超聲波檢測資質(zhì)》,保證壓力管道工程的檢測質(zhì)量，超聲檢測優(yōu)先采用可記錄波形的超聲波儀以備復(fù)驗(yàn)。4）現(xiàn)場監(jiān)理工程師（具備無損檢測超聲資格證書人員）對超聲檢測過程進(jìn)行必要的旁站，及時(shí)共同認(rèn)可超聲檢測結(jié)果；業(yè)主的無損檢測專業(yè)技術(shù)管理人員也需加大抽查力度,嚴(yán)格控制壓力管道超聲檢測質(zhì)量。5）即使以上措施都執(zhí)行到位了，為了保證厚壁管道焊接質(zhì)量受控的真實(shí)性，在厚壁管道焊接質(zhì)量監(jiān)督實(shí)踐中，仍求援石油化工工程質(zhì)量監(jiān)督總站工程質(zhì)量監(jiān)測中心作為工程檢測的第四方，總站工程質(zhì)量監(jiān)測中心專家對厚壁管道焊接質(zhì)量超聲檢測結(jié)果進(jìn)行復(fù)測復(fù)驗(yàn)，復(fù)驗(yàn)結(jié)果全部合格。

4結(jié) 論

組合采用常規(guī)無損檢測技術(shù)在中壓大口徑厚壁管道焊接質(zhì)量控制上起到了極其有益的貢獻(xiàn)，但它只是一個(gè)最終檢測結(jié)果質(zhì)量把關(guān)的手段，而厚壁管道焊接質(zhì)量控制應(yīng)從設(shè)計(jì)時(shí)就開始，需要建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、采購單位、施工單位、監(jiān)理單位、檢測單位以及質(zhì)監(jiān)機(jī)構(gòu)的全過程配合。只有管道工程有關(guān)質(zhì)量責(zé)任主體各方共同努力確保工程質(zhì)量保證體系正常運(yùn)轉(zhuǎn)，才使得77萬t/a甲醇裝置的中壓大口徑厚壁管焊接質(zhì)量在無放射源的前提下仍得到有效的保證。

［1］ 合肥通用機(jī)械研究院.承壓設(shè)備無損檢測［M］..北京：新華出版社，2005.

［2］ 中國特種設(shè)備檢驗(yàn)協(xié)會(huì).射線檢測［M］.北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2007.

［3］ TSG D0001-2009 壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程－工業(yè)管道［S］.