工業(yè)管道施工技術發(fā)展現(xiàn)狀

工業(yè)管道施工技術發(fā)展現(xiàn)狀

工業(yè)管道廣泛應用于石油、化工、冶金、制藥、能源、環(huán)保等行業(yè)。它負責高溫、高壓、易爆、爆炸、爆炸和其他媒體的輸送。如果發(fā)生泄漏或爆炸，可能會發(fā)生災難。為保證壓力管道的安全運行,1996年原勞動部頒布了《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定》,正式將工業(yè)管道列入監(jiān)察范圍,對有效防止工業(yè)管道的破壞事故發(fā)揮了巨大作用。工業(yè)管道是用于輸送工業(yè)介質的管道、公用工程管道及其它輔助管道。工業(yè)管道種類繁多,涉及各個行業(yè)和領域,其走向錯綜復雜,使用和運行條件也各不相同。施工及驗收規(guī)范除國家標準GB50235—1997《工業(yè)金屬管道工程施工及驗收規(guī)范》和GB50236—1998《現(xiàn)場設備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范》外,許多行業(yè)都制訂了行業(yè)標準,如SH3501《石油化工劇毒、可燃介質管道工程施工及驗收規(guī)范》、DL5007《電力建設施工及驗收技術規(guī)范火力發(fā)電廠焊接篇》及HG20225《化工金屬管道工程施工及驗收規(guī)范》等。由于行業(yè)施工技術發(fā)展受行業(yè)特點的約束,各行業(yè)標準的技術要求差別較大,形成了目前工業(yè)管道施工技術標準一時難以統(tǒng)一的現(xiàn)狀。工業(yè)管道的施工驗收及在用檢驗根據(jù)管道的級(類)別,要求也各不相同。工業(yè)管道的分級(類)通常根據(jù)管道具體使用條件(如溫度、材料、介質、壓力和環(huán)境等因素)以及管道失效或破壞后果等因素進行分類。國家質量監(jiān)督行政部門頒布的設計、安裝及在用檢驗的規(guī)范性文件中,通常將工業(yè)管道分為GC1,GC2和GC3三級。工業(yè)管道的失效不僅與工業(yè)管道內外部制造和安裝缺陷、表面腐蝕以及材料累積損傷有關,而且與管道的支吊架、閥門、法蘭等管道元件的自身質量和安裝質量有關。下面根據(jù)工業(yè)管道(主要是金屬管道)安裝和使用的特點,綜述在不同階段采用的無損檢測技術的特點。1無損檢測技術應用如前所述,不同行業(yè)對工業(yè)管道安裝過程中的施工要求和驗收規(guī)范存在差異。管道安裝過程中的無損檢測主要采用射線、超聲、磁粉、滲透和渦流檢測,施工驗收按各自行業(yè)標準的要求進行。實際工作中應根據(jù)設計文件要求區(qū)別對待。另外,目視檢查在安裝及在用工業(yè)管道的檢驗中都是一種非常重要的檢測方法,但在下面沒有單獨闡述。1.1大口徑管缺陷成型工業(yè)金屬管道可分為無縫管和有縫管。無縫管常用穿孔法和高速擠壓法制成,大口徑無縫管也有用錠材經(jīng)鍛造和軋制等方法加工成形。無縫管中常存在裂紋、折疊、夾層、夾雜和內壁拉裂等缺陷,這些缺陷大多與管軸線平行。直接由鍛壓方式制成的大口徑管的缺陷與鍛件的類似,有裂紋、白點、砂眼和非金屬夾雜等。有縫管是先將原材料卷成管形再焊接而成,大口徑有縫管多采用焊接成形,焊接方法多采用電阻焊或埋弧自動焊。焊接的有縫管缺陷通常有裂紋、未焊透、未融合、氣孔和夾渣等。工業(yè)管道的原材料無損檢測按技術條件和相應標準執(zhí)行,金屬管道常用無損檢測方法有渦流和超聲波檢測。1.1.1探傷檢測頻率及方法對鋼管進行渦流檢測通常采用穿過式線圈探頭檢測通孔缺陷,采用扁平放置式線圈探頭檢測表面裂紋。另外,鐵磁性管材在不同磁場強度作用下具有不同的磁導率,因此,對鐵磁性管材進行檢測必須設置磁飽和裝置,并對檢測線圈所檢測的區(qū)域施加足夠強的磁場,使其磁導率趨于常數(shù)。鐵磁性鋼管渦流檢測的頻率一般在1~500kHz。渦流檢測時,必須用對比試樣來調節(jié)渦流儀的檢測靈敏度、確定驗收水平和保證檢測結果的準確性。對比試樣應與被檢對象具有相同或相近的規(guī)格、牌號、熱處理狀態(tài)、表面狀態(tài)和電磁性能,大多數(shù)標準規(guī)定對比試樣上的人工缺陷為通孔或刻槽。焊接鋼管渦流探傷依據(jù)GB7735《鋼管渦流探傷檢驗方法》,比較樣品中人工缺陷與生產中出現(xiàn)的缺陷在系統(tǒng)中顯示信號的幅值進行判斷。非鐵磁性金屬管主要包括奧氏體不銹鋼、銅及銅合金、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金無縫管。對新制管材進行渦流檢測的主要目的是發(fā)現(xiàn)鋼管上可能存在的通孔缺陷,采用外穿過式線圈檢測。與鐵磁性金屬管相比,非鐵磁性金屬管的渦流檢測不需要磁飽和裝置,但對銅鎳合金管材,有時也使用磁飽和裝置,使被檢區(qū)域達到磁飽和后再進行檢測。非鐵磁性金屬管渦流檢測的頻率一般在1~125kHz。1.1.2超聲檢測方法小口徑管材大多為無縫管,對平行于軸線的縱向缺陷,可用橫波進行周向掃查檢測;對垂直于軸線的管內橫向缺陷,用橫波進行軸向掃查檢測。應考慮管材與探頭相對運動的軌跡和聲束覆蓋范圍,以保證管材100%被掃查到。為避免由于缺陷取向等原因產生聲波反射呈現(xiàn)定向性而發(fā)生漏檢,應從兩個相反方向各掃查一次。小口徑管超聲檢測通常有接觸法和水浸法兩種。接觸法適用于手工檢測,為增加耦合性能,減少波束擴散,一般將有機玻璃斜楔磨成與管子外徑曲率相近的形狀,并采用接觸式聚焦探頭,以提高檢測靈敏度。大口徑管材超聲檢測的探測方式分為縱波垂直掃查、橫波周向掃查和橫波軸向掃查,用于檢測不同取向的缺陷。另外,對于厚壁管還要注意橫波一次掃查到內壁的條件以及整個管壁進行純橫波探傷的聲束角條件。1.2連接焊接缺陷的檢測工業(yè)管道焊縫的內部缺陷通常采用射線或超聲檢測,對表面缺陷采用磁粉或滲透檢測。1.2.1壓力管道射線照相檢驗工業(yè)管道的射線檢測比例和合格級別,各施工及驗收規(guī)范的要求不相同。但其劃分依據(jù)均為介質的特性或管道的級(類)別以及設計壓力和設計溫度。GB50235標準規(guī)定下列管道焊縫應進行100%射線照相檢驗,其質量≮Ⅱ級,即①輸送劇毒流體的管道。②輸送設計壓力≥10MPa或設計壓力≥4MPa且設計溫度≥400℃的可燃流體和有毒流體的管道。③輸送設計壓力≥10MPa且設計溫度≥400℃的非可燃流體和無毒流體的管道。④設計溫度<-29℃的低溫管道。⑤設計文件要求進行100%射線照相檢驗的其它管道。另外,輸送設計壓力≤1MPa且設計溫度<400℃的非可燃流體和無毒流體管道的焊縫,可不進行射線照相檢驗。其它管道應進行射線照相抽樣檢驗,抽檢比例≮5%,其質量≮Ⅲ級。抽檢比例和質量等級應符合設計文件的要求。其它行業(yè)標準也有類似的要求。射線檢測易于發(fā)現(xiàn)焊縫內部與射線透照方向平行并具有一定寬度的體積性缺陷,且可獲得能保存較長時間的缺陷直觀記錄,因而在壓力管道等重要部件焊縫內部缺陷檢測中普遍應用。管道射線檢測使用的探傷設備包括X和γ射線探傷機。為減輕現(xiàn)場探傷人員的勞動強度,提高工作效率,越來越多的工業(yè)管道采用γ射線探傷。射線檢測時,射線照相質量要求≮AB級,對100%檢測的對接接頭,檢測結果≮II級為合格。GB50235和HG20225標準中的射線檢測部分按GB3323—1987《鋼熔化焊對接接頭射線照相和質量分級》進行,SH3501標準中的射線檢測部分按JB4730—2005《承壓設備無損檢測》進行,DL5007標準中的射線檢測部分按DL5069標準進行。1.2.2超聲檢測的應用超聲檢測有操作靈活、成本低、對裂紋等平面線形缺陷有較好檢出能力等優(yōu)點,但與射線檢測比較有不能提供缺陷直觀記錄,且需有高度熟練技術的操作人員對缺陷種類進行判斷的缺點。GB50235和HG20225標準規(guī)定,如用超聲檢測代替射線檢測時須經(jīng)建設單位同意,其檢驗數(shù)量應與射線檢驗相同。SH3501標準規(guī)定當設計規(guī)定采用超聲波檢測時,應按設計規(guī)定執(zhí)行;當設計規(guī)定采用射線檢測但由于條件限制需改用超聲檢測代替時,應征得設計單位同意。GB50235和HG20225標準中的超聲檢測部分按GB11345—1989《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》進行,SH3501標準中的超聲檢測部分按JB4730標準進行,DL5007標準中的超聲檢測部分按DL/T5048標準進行。合格標準為100%射線檢測或射線檢測要求Ⅱ級對應的超聲檢測應為Ⅰ級合格,局部射線檢測或射線檢測要求Ⅲ級對應的超聲檢測應為Ⅱ級合格。大直徑管道的超聲波檢測類似壓力容器筒體的超聲檢測。長距離管道超聲檢測國內外逐步采用自動掃查裝置,配合相控超聲或多探頭串列分區(qū)掃查技術,對環(huán)縫進行快速檢測,大大提高了檢測效率,降低了勞動強度,但設備價格一般較為昂貴。大多數(shù)小直徑工業(yè)管道的安裝過程還是采用手動超聲檢測。小直徑工業(yè)管道焊縫的超聲檢測有大K值、短前沿,一次波探測根部的特點,要求儀器有較窄的始脈沖,占寬<2.5mm,且有較高的分辨率;探頭一般為5MHz大K值探頭,晶片尺寸常為6mm×6mm或8mm×8mm,前沿長度常為4~6mm,可采用單晶或雙晶線聚焦探頭。掃查時利用一、三次波探測焊縫下部和根部,二次波探測焊縫上部,以缺陷水平位置結合回波幅度等特征進行綜合判定。檢測區(qū)域的寬度應是焊縫本身加上7~9倍壁厚,通常在60mm左右。1.2.3焊縫表面檢測對淬硬傾向大、裂紋敏感性高和無法進行射線和超聲檢測的金屬材料焊接接頭,應按設計文件或規(guī)范規(guī)定進行表面無損檢測,以發(fā)現(xiàn)肉眼難以檢出的微小缺陷(主要是微裂紋)。檢測方法以著色滲透和磁粉檢測為主,如屬鐵磁性材料且操作條件允許時,則應盡可能用磁粉法檢測。磁粉檢測具有操作簡便、迅速、靈敏度高的優(yōu)點,適于磁性材料表面和近表面缺陷的檢測。GB50235和HG20225標準規(guī)定,焊縫表面應按設計文件規(guī)定,進行磁粉或液體滲透檢驗。SH3501標準規(guī)定,每名焊工焊接的抗拉強度下限值≥540MPa的鋼材、設計溫度<-29℃的非奧氏體不銹鋼、鉻-鉬低合金鋼管道,其承插和跨接三通支管的焊接接頭及其它角焊縫,應進行表面無損檢測。磁粉檢測主要用于檢測焊縫的表面和近表面缺陷。檢測前,首先應檢查所配制的磁懸液濃度是否合適,濃度太高,易產生偽磁痕;濃度太低,靈敏度會降低。其次要檢查磁軛的提升力是否達到標準要求?，F(xiàn)場檢測時,必須用標準試片檢查檢測系統(tǒng)的綜合靈敏度,符合標準要求時才能作業(yè)。滲透檢測主要用于無法進行磁粉檢測的部位或非鐵磁性材料的焊接接頭表面缺陷,一般采用溶劑去除型滲透劑。滲透探傷時應注意,①環(huán)境溫度如不在10~50℃時,必須采用非標準溫度檢測方法。②被檢表面不得有影響檢測結果的鐵銹、氧化皮、焊接飛濺及各種防護層。③要有足夠的滲透時間,一般≮10min。④去除時一要防止過清洗,二要在擦拭多余滲透劑時保持一個方向。⑤顯像劑噴涂一定要均勻且薄,觀察顯像要在顯像劑施加后的7~60min內進行。2業(yè)管道檢驗為確保工業(yè)管道運行的安全,需對投入運行的管道進行定期檢驗。根據(jù)質量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布的《在用工業(yè)管道檢驗規(guī)程》,在用工業(yè)管道檢驗分為不停止運行的在線檢驗和停止運行后的全面檢驗。在線檢驗每年至少一次;全面檢驗是按一定的檢驗周期在在用工業(yè)管道停運期間進行的較為全面的檢驗,安全狀況等級為1和2級的在用工業(yè)管道,檢驗周期一般≯6a(年);安全狀況等級為3級的,檢驗周期一般≯3a。根據(jù)工業(yè)管道的結構尺寸和安裝位置,對其進行全面檢驗所采用的無損檢測技術也有所不同,下面分別進行介紹。2.1外表面滲透檢測表面檢測是工業(yè)管道全面檢驗首選的無損檢測方法。檢測部位的選取規(guī)則如下,①宏觀檢查中發(fā)現(xiàn)裂紋或可疑情況的管道,應對相應部位進行表面無損檢測。②絕熱層破損或可能滲入雨水的奧氏體不銹鋼管道,應對相應部位進行外表面滲透檢測。③處于應力腐蝕環(huán)境中的管道,應用表面無損檢測進行抽查。④長期承受明顯交變載荷的管道,應對焊接接頭和容易造成應力集中的部位進行表面無損檢測。鐵磁性工業(yè)管道對接焊縫的表面一般采用磁粉檢測,無法進行磁粉檢測時,可采用滲透檢測。非鐵磁性材料管道的表面采用滲透檢測。2.2檢查部位的確定按《在用工業(yè)管道檢驗規(guī)程》的要求,GC1和GC2級管道的焊接接頭一般用超聲波或射線檢測進行抽查;GC3級管道如未發(fā)現(xiàn)異常情況,一般不進行其焊接接頭的超聲波或射線抽檢。抽檢時若發(fā)現(xiàn)安全狀況等級為3或4級的缺陷,應增加檢測比例,增加量由檢驗人員與使用單位結合管道運行參數(shù)和運行經(jīng)驗協(xié)商確定。抽檢部位應從下述重點檢查部位中選定,即①制造和安裝中返修過的和安裝時固定口的焊接接頭。②錯邊和咬邊嚴重超標的焊接接頭。③表面檢測發(fā)現(xiàn)裂紋的焊接接頭。④泵和壓縮機進出口第一道焊接接頭或相近的焊接接頭。⑤支吊架損壞部位附近的管道焊接接頭。⑥異種鋼焊接接頭。⑦硬度檢驗中發(fā)現(xiàn)的硬度異常的焊接接頭。⑧使用中發(fā)生泄漏部位附近的焊接接頭。⑨檢驗人員和使用單位認為需抽查的其它焊接接頭。2.3液壓波監(jiān)測泄漏對劇毒和易燃易爆介質工業(yè)管道的安全運行影響很大。有保溫層或在隱蔽工程內的管道,并不能從外觀立刻找到泄漏點。因而管道泄漏檢測十分必要。泄漏檢測方法按檢測位置可分為管內檢測法和管外檢測法兩類。管外檢測法是指通過探測管道外的泄漏物質來判斷泄漏是否發(fā)生,方法有常規(guī)的沿線巡視、對碳氫化合物敏感的光纖和電纜法以及聲發(fā)射檢測法。管內檢測法則是使用儀器監(jiān)測管道運行參數(shù)(壓力、流量和溫度等),通過人工或計算機分析參數(shù)變化來判斷泄漏是否發(fā)生。泄漏檢測的方法很多,選用哪種方法需根據(jù)管道和傳輸介質的參數(shù)、設備的經(jīng)濟性和數(shù)據(jù)通訊能力來綜合考慮,沒有一種方法適用于任何狀況的管道。負壓波法是近年來國際上頗受重視的管道泄漏檢測方法。管道突然泄漏時,會引發(fā)在流體中傳播的瞬態(tài)負壓波,通過捕捉負壓波傳播到上下游的時間差來定位。但該方法有兩個局限性,即①它只是一種監(jiān)測方法,即管道從無漏到泄漏變化過程的監(jiān)測,對已經(jīng)存在的穩(wěn)定泄漏源無法進行判斷。②該方法是一種管內流體的壓力波監(jiān)測方法,所以只能在安裝或檢修時提前裝好傳感器,因而對于已有的大量運行的工業(yè)管道無法使用。聲發(fā)射檢測方法是利用泄漏介質在泄漏過程中施加在管壁上的振動產生的應力波沿管道向上下游傳播,通過在管壁上安裝傳感器可檢測到泄漏的聲信號。該方法的優(yōu)點是能在任何需要檢測的時候在管壁安放傳感器,對接收信號進行泄漏判斷,采用信號分析處理技術還可能進行泄漏源的定位,簡單方便,成本低。其缺點是內部介質以及管道外壁的涂層和填埋土的耦合作用,使聲波衰減很快,要想達到如負壓波法同樣的檢測距離還很困難。綜合來看,流體從容器或管道中泄漏出來將引起容器或管道內部流體的流量、壓力和溫度,管壁的應力波、聲阻抗和溫度,鄰近環(huán)境的溫度、濕度、氣體濃度和材料特性等各種參數(shù)的變化,可利用這些變化或現(xiàn)象來檢測泄漏和對泄漏進行有效定位。2.4超聲波法檢測管材渦流檢測在1.1.1節(jié)已介紹,下面介紹管道在不拆保溫層或在線狀態(tài)下的脈沖渦流測厚技術。渦流檢測信號的強度依提離值(絕緣層厚度)的不同而不同,其持續(xù)時間隨金屬壁厚的不同而變化。同時,檢測信號受很多因素影響,包括金屬材料性質(磁性和電性)和溫度。該方法采用被檢件進行自校準,通過對比可給出其它部位厚度的當量(百分比)數(shù)據(jù),其檢測精度誤差為5%左右。脈沖渦流測厚設備適用于檢測大面積腐蝕缺陷,不能檢測單個小腐蝕坑;可在不停運情況下進行在線檢驗,適合于較大范圍的氣候和溫度條件。該技術的主要優(yōu)點為,不用打磨被檢測管道的表面;不必去除絕緣層或涂層;可檢測鋁或鋼制保溫層外殼(<1mm)的高低溫管道;被檢測物表面允許粗糙或結垢;允許保溫層不規(guī)則或不均勻;允許保溫層內有金屬加強網(wǎng)。該技術的不足之處是,只適合于低合金鋼;不能檢測小的獨立凹坑;比超聲波法精度低;部件的溫度會影響檢測精度;不能檢測管徑<50mm的管道;會受到150mm檢測范圍內障礙物的影響;不能區(qū)分外表還是內表缺陷等。