火災(zāi)事故后特殊類(lèi)別壓力管道檢驗(yàn)問(wèn)題匯總與分析

王紅源* 李斌彬 施星光 胡利晨

（寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院）

0 引言

寧波地區(qū)某化工企業(yè)70 萬(wàn)t/a PTA 裝置發(fā)生事故后引發(fā)火災(zāi)，導(dǎo)致部分設(shè)備受火并緊急停車(chē)，設(shè)備處于非正常停用狀態(tài)2 個(gè)多月，工藝處理復(fù)雜，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。管道上發(fā)生了大面積的點(diǎn)腐蝕情況，因?yàn)楣艿纼?nèi)部空間狹小，無(wú)法通過(guò)宏觀檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部點(diǎn)腐蝕，且管道定期檢驗(yàn)中的常規(guī)射線檢測(cè)主要針對(duì)焊口焊接質(zhì)量，很難顧及到管道母材，且對(duì)點(diǎn)腐蝕檢出率較低[1-2]。以?xún)?nèi)部編號(hào)507 號(hào)管道為例，采用多種檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)對(duì)其過(guò)火后的情況和點(diǎn)腐蝕情況進(jìn)行了判定，提出了PTA 裝置點(diǎn)腐蝕的有效檢測(cè)手段和注意事項(xiàng)。

1 特殊類(lèi)別管道的定義與處理

為了提高檢驗(yàn)的針對(duì)性與有效性，此次事故后定期檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)根據(jù)受檢設(shè)備的特點(diǎn)，如設(shè)備的使用情況、受火情況、損傷模式、失效模式等方面，重點(diǎn)檢查過(guò)火影響范圍內(nèi)的管道、存在環(huán)境開(kāi)裂傾向的管道以及由焊接直管、焊接彎頭等組成的管道，并將過(guò)火范圍內(nèi)的管道、事故管道同類(lèi)損傷機(jī)理的管道以及高壓有縫的管道定義為本文探討的特殊類(lèi)別管道。

1.1 過(guò)火范圍內(nèi)的管道

針對(duì)受到火災(zāi)影響的壓力管道，要求企業(yè)尋找有資質(zhì)的評(píng)級(jí)機(jī)構(gòu)進(jìn)行火災(zāi)受損評(píng)價(jià)。根據(jù)火災(zāi)受損評(píng)價(jià)報(bào)告，確定熱暴露區(qū)等級(jí)，從而確定哪些區(qū)域的管道會(huì)存在明顯的損傷。

對(duì)于有明顯損傷的壓力管道，應(yīng)要求企業(yè)進(jìn)行更換，如若不更換，則應(yīng)要求企業(yè)組織相關(guān)專(zhuān)家評(píng)審，提出意見(jiàn)和建議。

企業(yè)委托有相關(guān)能力的機(jī)構(gòu)對(duì)火災(zāi)中受到影響的PTA 產(chǎn)線區(qū)域內(nèi)壓力管道進(jìn)行火災(zāi)受損評(píng)價(jià)。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，企業(yè)對(duì)受到火災(zāi)影響且有明顯損傷的管道進(jìn)行了更換。

1.2 事故管道為同類(lèi)損傷機(jī)理的管道或高壓有縫的管道

根據(jù)事故管道破裂原因的分析（原因之一是HBr等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)與聚集引起管道內(nèi)表面發(fā)生大面積應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂），結(jié)合介質(zhì)、材料篩選出同類(lèi)損傷機(jī)理的管道；根據(jù)設(shè)計(jì)壓力大于等于4.0 MPa 且管道母材存在直焊縫，篩選出高壓有縫管道。

對(duì)于該類(lèi)管道，主要采用新技術(shù)（CR、DR 或者相控陣檢測(cè)）來(lái)篩查母材和焊口的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂和母材腐蝕情況，篩查比例應(yīng)為20%的管道總長(zhǎng)度母材。

2 檢驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果分析

2.1 檢驗(yàn)過(guò)程

通過(guò)宏觀檢驗(yàn)、壁厚測(cè)定、射線檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、CR 檢測(cè)或者相控陣檢測(cè)、表面檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)特殊類(lèi)別管道主要存在以下缺陷：（1）管道在制造安裝過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷，主要表現(xiàn)為未熔合、未焊透、條渣、氣孔等埋藏類(lèi)危害性缺陷；（2）管線使用過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷主要為管道的局部減薄和局部腐蝕。

通過(guò)匯總發(fā)現(xiàn)腐蝕減薄的管道主要集中在CTA裝置中，下面就檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的具有典型性的一根管道進(jìn)行具體分析。內(nèi)部編號(hào)507 號(hào)管道主要技術(shù)參數(shù)可見(jiàn)表1，507 號(hào)管道切割后內(nèi)壁腐蝕坑圖像可見(jiàn)圖1。

表1 CTA裝置507號(hào)管道主要技術(shù)參數(shù)

圖1 切割后內(nèi)壁腐蝕坑圖

2.2 結(jié)果分析

分別采用CR、DR、全聚焦相控陣技術(shù)對(duì)507 號(hào)管道切割后內(nèi)壁腐蝕坑進(jìn)行檢測(cè)。

2.2.1 CR檢測(cè)結(jié)果

利用CR 技術(shù)檢測(cè)出007A 位置的1 處深孔缺陷F1，該缺陷與母材的黑度差較大，為典型的深孔缺陷，深孔直徑為4.1 mm。此外，在007A 位置處還發(fā)現(xiàn)了2 處圓形缺陷（F2 和F3），其直徑分別為2.8 mm和2.5 mm 如圖2 所示。

圖2 007A處CR成像圖

2.2.2 全聚焦相控陣檢測(cè)結(jié)果

CR、DR 檢測(cè)技術(shù)能有效地檢測(cè)出壓力管道內(nèi)壁

2.2.3 DR檢測(cè)結(jié)果

在CR 檢測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)007A 同一位置再次實(shí)施DR檢測(cè)。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的3個(gè)缺陷均與母材黑度相差較大，為典型的深孔缺陷。其中，缺陷F1 直徑為4.0 mm，另外兩個(gè)缺陷F2 和F3 直徑分別為2.7 mm 和2.3 mm，如圖3 所示。

圖3 007A處DR成像圖

2.2.4 全聚焦相控陣檢測(cè)結(jié)果

CR、DR 檢測(cè)技術(shù)能有效地檢測(cè)出壓力管道內(nèi)壁腐蝕坑，精確地測(cè)量腐蝕坑的直徑，但難以確定缺陷的自身高度，只能通過(guò)黑度大小來(lái)估算缺陷在透照方向的厚度。由于深孔直徑較小，為了精確的測(cè)定缺陷的形貌特征，采用高分辨率的全聚焦相控陣技術(shù)。采用相控陣直探頭垂直入射法檢測(cè)缺陷的輪廓形貌，如圖4 所示，利用相控陣斜探頭橫波入射法檢測(cè)缺陷在壁厚方向上的擴(kuò)展情況，如圖5 所示。由于缺陷為尺寸較小的腐蝕孔，在檢測(cè)過(guò)程中，相控陣探頭的輕微移動(dòng)，容易引起檢測(cè)信號(hào)的消失。最終檢測(cè)得到了3 個(gè)深孔缺陷，F(xiàn)1、F2 和F3 的直徑分別為4.2 、3.2 、2.6 mm，自身高度分別為1.8 、1.2 、1.0 mm。

圖4 腐蝕坑直探頭檢測(cè)圖

圖5 腐蝕坑斜探頭檢測(cè)圖

2.2.5 三種檢測(cè)方法比較情況

通過(guò)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比后可以發(fā)現(xiàn)，三種檢測(cè)方法發(fā)現(xiàn)的深孔缺陷直徑大小基本一致，但是全聚焦相控陣檢測(cè)方法還可以確定缺陷的自身高度。

壓力管道檢驗(yàn)過(guò)程中常采用射線膠片照相技術(shù)來(lái)檢測(cè)埋藏缺陷，該檢測(cè)方法不僅檢測(cè)效率低，而且還會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題。在這種情況下，CR 與DR 檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用得到了更多重視[3]。

對(duì)于檢測(cè)曝光時(shí)間，CR 檢測(cè)比常規(guī)射線檢測(cè)時(shí)間要縮短10%～60%，同時(shí)具備較高的寬容度，此外，CR 檢測(cè)的IP 板可以實(shí)現(xiàn)一定程度的彎曲，適用于結(jié)構(gòu)存在彎曲的檢件，檢測(cè)完成得到數(shù)字射線成像文件，可以在計(jì)算機(jī)上編輯評(píng)圖，沒(méi)有常規(guī)射線底片的運(yùn)輸、曝光、曬片等工序，提高了檢測(cè)效率，同時(shí)也能滿(mǎn)足檢測(cè)所需的靈敏度[4]。

DR檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)過(guò)程中能實(shí)時(shí)顯示數(shù)字圖像，利用相關(guān)的軟件可使圖像上的缺陷清晰可見(jiàn)，達(dá)到比較高的分辨率；此外，DR 檢測(cè)不需要較大的曝光量，采用普通X射線機(jī)檢測(cè)就能得到清晰合格的圖像，且寬容度較大；結(jié)合計(jì)算機(jī)上的各種圖像處理技術(shù)，可以對(duì)缺陷影像進(jìn)行觀察和分析，提高缺陷的定量精度；利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，數(shù)字射線的圖像可以簡(jiǎn)單快捷地傳輸，方便遠(yuǎn)程評(píng)片和技術(shù)交流。

在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，CR 檢測(cè)和DR 檢測(cè)在成像質(zhì)量、檢測(cè)時(shí)間以及可操作性等方面存在較大的差別，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求與環(huán)境，選擇合適的方法。

相對(duì)于射線檢測(cè)，相控陣檢測(cè)受檢測(cè)環(huán)境影響較小，也沒(méi)輻射，檢測(cè)效率高，利用各種掃查方式可以建立試件的三維圖形，利用各種色彩可以從圖形中直觀地看到缺陷的形貌，具有較高的靈敏度和分辨率，對(duì)于缺陷的定量和定性較為準(zhǔn)確，同時(shí)相控陣的檢測(cè)文件也能利用網(wǎng)絡(luò)傳輸，方便遠(yuǎn)程評(píng)圖和技術(shù)交流。

綜上所述，對(duì)于壓力管道內(nèi)部點(diǎn)腐蝕的檢測(cè)，建議先用數(shù)字射線技術(shù)CR/DR 進(jìn)行大面積檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)缺陷后再結(jié)合相控陣檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行綜合診斷。

3 腐蝕原因分析

3.1 工藝分析

CTA 裝置中的氧化工藝主要以對(duì)二甲苯為原料，醋酸為溶劑，空氣為氧化劑，氫溴酸為促進(jìn)劑，反應(yīng)式如下：

3.2 腐蝕機(jī)理分析

醋酸是酸性溶劑，會(huì)對(duì)鋼鐵材料產(chǎn)生腐蝕，腐蝕程度與醋酸的濃度、溫度和流速等有關(guān)。一般情況下，不銹鋼在醋酸溶液中的耐蝕性能隨著溫度和醋酸濃度的升高而降低。不銹鋼表面在有氧存在的情況下容易產(chǎn)生鈍化膜，鈍化膜可以保護(hù)不銹鋼不被腐蝕，但是當(dāng)溶液中存在Cl-、Br-等鹵素離子時(shí)，不銹鋼表面的鈍化膜會(huì)被鹵素離子破壞，在鈍化膜破壞處易產(chǎn)生孔蝕，發(fā)生孔蝕后，鹵素離子容易在蝕孔處聚集，加劇孔蝕，同時(shí)也加速了醋酸溶液對(duì)不銹鋼管道表面的腐蝕[5]。

4 結(jié)論

（1）應(yīng)重視資料審查工作，關(guān)注事故后處理工藝過(guò)程中介質(zhì)及使用介質(zhì)的成分分析，制定檢驗(yàn)方案前應(yīng)與使用單位的相關(guān)人員進(jìn)行充分的溝通交流，開(kāi)展設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中、緊急停車(chē)過(guò)程中、堿洗、水洗處理過(guò)程中的設(shè)備損傷機(jī)理分析。

（2）綜合應(yīng)用多種檢測(cè)技術(shù)，覆蓋缺陷檢測(cè)盲區(qū)，提高檢驗(yàn)有效性。根據(jù)檢驗(yàn)情況的特殊性，應(yīng)用火災(zāi)受損評(píng)價(jià)、CR/DR 檢測(cè)、相控陣檢測(cè)等多種技術(shù)方法，有效識(shí)別受火影響區(qū)域內(nèi)壓力管道的損傷情況以及篩查母材應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂及母材腐蝕情況，滿(mǎn)足火災(zāi)事故后壓力管道檢驗(yàn)的特殊性要求。對(duì)壓力管道內(nèi)部點(diǎn)腐蝕進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，建議先用數(shù)字射線技術(shù)CR/DR 進(jìn)行大面積檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)缺陷后再結(jié)合相控陣檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行綜合診斷。

（3）通過(guò)腐蝕原因進(jìn)行分析后，提供如下建議：a）采用對(duì)溴醋酸耐蝕性較高的材料，在含溴醋酸環(huán)境高溫氧化段，當(dāng)溫度低于105 ℃時(shí)，可選用超低碳含鉬不銹鋼，當(dāng)溫度高于105 ℃時(shí)，可選用鈦材；b）不銹鋼管道發(fā)生點(diǎn)腐蝕的主要原因是溴離子對(duì)于不銹鋼鈍化膜的破壞，因此可通過(guò)改進(jìn)工藝，降低介質(zhì)中的溴離子含量，減緩腐蝕，適當(dāng)降低溫度，避免溫度在近介質(zhì)沸點(diǎn)區(qū)操作，防止因介質(zhì)沸騰加劇腐蝕反應(yīng)；c）停工檢修期間，對(duì)容易發(fā)生腐蝕的部位進(jìn)行檢驗(yàn)檢測(cè)，可采用定點(diǎn)監(jiān)測(cè)或在線腐蝕監(jiān)測(cè)的方式，對(duì)于腐蝕嚴(yán)重的部位做好記錄。