一些檢驗工具在管道質量控制工作中的應用

曾凡善，王朝，賈必玉，徐景林，楊萬廣

(海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520)

0 引言

由于石油管道內流體根據標準分類不同，超高溫流體工況、劇毒易泄漏流體工況、高壓流體工況等多種復雜工況。因此作為承運該類流體的重要載體，石油管道的制造與安裝質量方面要求嚴格不言而預。本文主要歸納總結了PMI設備(positive material identif ication)、鐵素體設備應用在管道施工時，PMI設備、鐵素體設備的具體應用和操作使用方面的注意事項，以及這兩種設備在質量過程控制中的積極作用，并且在應用實踐的基礎上再深化一下措施建議。

1 PMI設備

PMI設備即通常也被稱為便攜式光譜合金元素分析儀，主要用于測定不銹鋼等有色金屬母材、焊材及焊縫填充金屬的元素含量[1]，通過測定結果與標準范圍內的元素含量進行對比可以判斷其使用的材料是否正確。

1.1 準備工作

設備操作人員需經專門培訓合格后方可使用該設備進行檢測，因設備在測試或者使用過程中設備發射窗口會有輻射，所以在設備自動校準和運行過程中，一定不要將發射窗口對準自己或他人，保護自己和周圍人員免受輻射傷害。

總裝場地工作環境復雜，交叉作業多，在進行設備操作時一定要多注意周圍環境，不具備安全狀態工況的操作位置禁止進入，若需登高作業、受限空間內進行作業時，作業人員首先需經登高和受限空間安全培訓完成。以受限空間作業為例，施工單位提前開通受限空間作業許可后才可以進入空間內部進行PMI測試，作業人員進入受限空間前在入口處登記，在進入受限空間時需隨身攜帶對講機和測氧測爆儀，并有專人在受限空間入口處進行監護，并在入口處懸掛“受限空間作業”標志。

在使用PMI設備前需要檢查設備表面應完好，計量標簽內校驗日期應在有效期內，在將設備帶入現場時應攜帶保護箱，設備放置在箱內。或者將設備放置在保護套內帶入施工現場，嚴禁無保護帶設備進入施工現場進行測試。因設備本身價值昂貴，屬于精密設備，所以在平時攜帶和使用操作時一定注意對PMI設備的保護。

待檢測試件應表面整潔，需要移除焊道表面有油污、鐵屑、油漆等雜質，被測試件在進行測試前提前檢查試件表面狀態，試件表面不滿足要求及時處理。有時焊接完成后的焊道放置時間過長，總裝場地交叉作業多，焊道表面易被污染，PMI設備在測試的時候數據讀取會不準確。如遇到這種情況，可以通過采用與焊道金屬同規格同材質的砂輪片或者鋼絲刷打磨處理焊道表面，處理完畢后再進行檢測，焊道表面通過這種方式處理后會方便PMI測試結果的讀取。另外，嚴禁使用PMI設備測試剛焊接完成的金屬焊道或者焊接完成后還未完全冷卻的焊道，設備發射窗口的塑料膜易被高溫破壞。

1.2 操作流程

以我方使用的“尼通”PMI設備為例，設備操作流程為：首先按住大約3 s設備的開關鍵，需要松開按鍵的時機是聽到嘀聲后，這時設備進入了開機狀態。按屏幕上任意位置繼續操作前需進入登錄界面，根據提示按“是”進入，輸入開機密碼，設備屏幕主菜單會成功進入。然后點擊模式鍵在設備屏幕主菜單中，選擇“合金”模式在模式菜單內。該PMI設備具有自身校準工能，在主菜單中點擊“工具”鍵，進入工具菜單，點擊“校準”鍵，即可以對探測器和觸摸屏進行校準，設備每次開機使用前進行自動校準能保證測試結果的準確性。進入測試模式是主菜單中點擊“測試”圖標，把設備前端槍口緊貼需要測試的工件表面(一定注意不要將發射窗口距焊道凸起過近，發射窗口內的一層薄膜容易被頂起變形，變形后設備發射出的射線無法直接射入試件，繼而影響設備數據分析讀取)，在設備檢測時緊貼工件表面還有接觸傳感器。按住扳機，設備測試開始的標志是聽到嘀聲后，穩定設備測試狀態，數據顯示完畢且不再跳動為理想狀態。最后，測試完成后可以點擊“數據”進入數據菜單查看數據也可以直接從屏幕讀出各元素含量，如果要查看以往測試數據可以通過“數據查看”進行查看。

1.3 檢驗批次

根據項目規格書要求，到貨的管段、管件和法蘭按到貨批次，316 SS管子、管件和法蘭按100%比例檢測，304 SS按10%比例檢測，雙相不銹鋼管子、管件和法蘭、焊道金屬按100%比例檢測；施工現場預制和安裝階段的焊道金屬則根據管道內流體工況和管線等級和材質區分，如高壓流體工況管道系統內包含的焊道全部100%需要PMI測試，劇烈循環流體工況管道系統內包含的焊道需要100%PMI測試，高溫流體工況、劇毒腐蝕性流體工況管道系統包含的焊道需按10%～20%的比例進行抽檢，常溫流體工況管道系統內包含的焊道按10%進行抽檢。

1.4 合格標準

表1為表格為母材金屬。

項目中常用的材料像304 SS和異種鋼焊道主要關注的元素為Cr、Ni等元素的含量范圍，316 SS和雙相鋼焊道則需關注Cr、Ni、Mo等元素的含量范圍。根據項目規格書要求母材金屬的元素含量分布應符合表1中所列的各元素范圍分布。根據標準規格書要求焊道金屬元素含量分布可以在母材金屬合格區間的±10%，異種鋼焊道其元素含量分布與所使用的焊材元素含量分布相似。低于或者超出表格中的元素含量分布均視為該被測件不滿足要求，若經過表面處理后仍不滿足元素含量分布要求，則該試件或焊道應拒絕接收，按照不滿足要求的產品統一走相關處理流程。

表1 一般不銹鋼材料金屬含量要求(ASME Ⅱ A篇)

1.5 不滿足要求焊道和來料件處理

如果母材被測試件或焊道金屬經PMI設備檢驗其元素分布滿足項目標準規格書對于元素含量的要求，則需要在母材金屬表面使用低氯筆和焊縫金屬信息框內標記“PMI合格”，并記錄數據屏幕顯示的唯一數字代碼，點擊“數據”圖標進入數據菜單或者點擊“數據查看”圖標，查看以前數據，將各元素含量分布按PMI項目規格書中提供的報告格式模版填入，并出具相應母材和焊縫金屬的PMI測試報告。

若母材金屬檢測其元素含量不符合項目規格書要求，應調整檢測部位重新進行檢測，如再次檢測結果仍不合格，則應將到貨材料視為不合格來料，同時擴大抽檢比例，直至檢測比例達到100%。同時將檢測出的不合來料做出不滿足要求的產品標識，集中存放隔離，通知供貨商處理，出具不合格報告。

如果焊道金屬元素含量不滿足項目規格書中規定的元素含量分布要求，則需要將同一焊道換個方位再重新檢測，若仍不合格，可以嘗試使用與焊道同材質同規格的砂輪片或鋼絲刷進行處理，若焊道經設備檢測后其焊道金屬元素含量仍無法滿足要求則應視為該焊道PMI測試不合格。經PMI測試后不合格的金屬焊道需要切除，不銹鋼金屬焊道禁止使用火焰進行切割作業，可以使用等離子或切割片進行切割作業，切除后的管線端部重新進行打磨處理，重新打磨處理后的坡口和鈍邊應滿足WPS要求。切割打磨后的坡口表面目視檢測合格后，坡口表面還需作PT滲透檢驗，探傷人員檢驗合格并出具相關NDT報告。此時該焊道方可重新報驗組對外觀，外觀檢驗合格后重新進行PMI測試。圖紙中對應的焊口號升版為返修口，對應圖紙版次也需升版。對焊接該道焊道的焊工追加兩道口，若兩道焊口中的一道出現返修，繼續追加兩道；若追加的兩道口仍出現返修，則所有的追加焊口全部需要重新檢測或返修；若第一次追加口全部合格，則只需返修最開始的第一道焊口，后續焊道返修檢測全部合格，則相關檢測完成。對焊接完成焊道經PMI檢測不合格進行了返修的焊工扣除個人質量違章分數，情節嚴重者清除出施工場地，并將其列入場地黑名單。對現場施工方用錯焊材的行為出具現場信息反饋單同時錄入系統，追蹤現場整改情況，現場整改符合要求我方確認無誤后方可同時在系統中關閉反饋單，對施工班組進行質量宣貫并加強現場巡檢。

2 鐵素體設備

鐵素體設備采用磁導原理，鐵素體設備應用的主要目的是測定焊道和熱影響區的鐵素體含量。良好的塑性和韌性時鐵素體的特征，所以合格范圍內的鐵素體含量表現時焊道具備良好的機械強度和抗蝕性能[2]。焊道金屬的機械強度和抗蝕能力降低的原因是焊道內部鐵素體含量過高，焊道高溫斷裂產生的原因是鐵素體的含量過低。所以項目規格書要求對于奧氏體不銹鋼焊道和雙相鋼焊道進行鐵素體測試，對單面焊接的雙相鋼焊道還要對焊道根部進行測試。

2.1 準備工作

使用鐵素體設備進行焊道檢測作業的人員需要經過培訓后才可以操作使用鐵素體設備，操作設備的人員應當熟悉設備及其說明書以及項目規格書中對鐵素體含量的要求；鐵素體設備在使用前應校驗合格在有效期內，設備配套試塊表面完好無損壞，設備校準證書隨箱攜帶方便檢查；焊道表面應光滑平整無污染，易于探針讀取數據，銹跡、氧化層、鐵銹等表面附著物應使用與焊道金屬同材質等級的砂輪片和銼刀去除，光滑平整的焊道表面狀態需要保持。

2.2 操作流程

第一步進入開機界面需要設備本身與測試探頭相連接之后按開機鍵開關，設備操作步驟根據屏幕提示即可，鐵素體設備測試時有兩種單位：FN和Fe%，這樣在使用設備測試前需要確定好使用的單位并調整。需要按5下“確認”鍵，當“157”字樣出現在屏幕上時，進行單位轉換需要選擇“159”，然后開始設置模式，通常現場檢測使用FN為單位。其次，設備在隨箱所帶的三塊試塊上進行校準才可以使用，設備屏幕會提示在屏幕上點擊“校準”操作以后，先進行基準試塊的鐵素體值測量，隨后的三個試塊的鐵素體測量值需要與標準試塊鐵素體測量值對比，進行測試時將探針垂直與試塊進行接觸，直到讀出穩定的讀數。測量值要與標準試塊測量值數據在誤差允許范圍，三個測試試塊的鐵素體含量測量依次進行。經過校準操作后檢查測量數值與校準試塊鐵素體測量值無出入，若兩者測量值對比超出標準允許范圍要再進行校準。最后進行檢驗操作的設備必須是經校驗合格的。

使用鐵素體設備測量焊道時，保持探針與焊道呈90°接觸，保持住不晃動，聽到“叮”的輕微聲響，數據讀取完畢，設備讀數顯示測試數據。每個焊道需要測試5次，每相隔90°取一點讀取數據，測量5次數據后取數據平均值。鐵素體測量的平均值應滿足項目規格書對于鐵素體含量的要求，焊道金屬5次測量的鐵素體含量也均應滿足項目規格書對鐵素體含量的要求，超出合格范圍的鐵素體數據需要重新測量。

2.3 合格標準

奧氏體不銹鋼鐵素體含量范圍焊道金屬應為3FN-8FN，對于雙相不銹鋼母材鐵素體范圍應為40%～60%之間，焊道和熱影響區為30%～60%之間。

2.4 不合格處理

對焊道經鐵素體設備檢測鐵素體含量不滿足項目規格書關于鐵素體含量測試合格標準要求的焊道應當做好標記，記錄匯總焊道信息并拒絕接收，同時聯系設計、現場建造分析原因。

3 測試報告

對測試合格的母材和焊道應按項目規格書要求，根據項目報告格式做好PMI元素含量和鐵素體含量測試數據的記錄，按項目規格書要求出具相關報告經設備操作人員與業主方簽字蓋章并存檔，作為項目完工文件留存。

4 結語

輸送石油和天然氣的主要運輸載體石油化工管道，整個管道系統的質量直接關系到油氣集輸系統的運行暢通高效和持續使用壽命，因此管道的質量控制更是重中之重。本文歸納總結了現階段我方在石油管道施工過程中兩種檢驗設備的應用實踐流程，提高了現場石油管道過程質量控制效率，降低了管道施工過程中的質量風險，讓管道施工過程質量控制變得有章可循，為石油天然氣管道施工過程中其他相似設備的使用提供借鑒。