老舊工業(yè)管道事故分析及典型缺陷探討

徐群建，洪若云，楊雄，劉徐鑫

（浙江巨化清安檢測科技有限公司，浙江 衢州 324004）

我國化工裝置設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，對工業(yè)管道的要求越來越高，但工業(yè)管道的監(jiān)管一直落后于其他特種設(shè)備，存在非常嚴(yán)重的危機(jī)。1996 年，揚(yáng)州管道煤氣爆炸造成19 人離世，事故轟動全國。在這起事故之后，為保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全，國務(wù)院進(jìn)一步強(qiáng)化壓力管道檢查的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)時的勞動部在該年印發(fā)了《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定》[1]。2003年頒布了《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》及國務(wù)院412 號令明確了對壓力管道設(shè)計(jì)、制造、安裝、改造、維修、使用和檢驗(yàn)的有關(guān)要求[2-3]。但是2003 年之前的老舊管道數(shù)量多、系統(tǒng)大，且這部分老舊管道的組成和支承件采用的材料并不統(tǒng)一，品質(zhì)不過關(guān)，存在安全問題；資料不全或者缺失；再加上機(jī)理損壞、材料無實(shí)際作用等諸多難題讓定期檢驗(yàn)工作難以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

因此選擇200個老舊工業(yè)管道事故作為研究案例，對其展開探索剖析。結(jié)合某廠300條老舊工業(yè)管道進(jìn)行定期檢驗(yàn)，針對在焊接方面存在的顯著問題，提出相應(yīng)的解決方案，以給老舊管道定時檢修提供借鑒。

1 事故分析

為了綜合分析老舊管道的問題，對全國老舊工業(yè)管道200 起事故進(jìn)行分類和總結(jié)，如表1 所示，歸納為5個方面主要原因。

表1 全國200起老舊工業(yè)管道事故分析Tab 1Analysis of 200 old industrial pipeline accidents nationwide

1.1 設(shè)計(jì)錯誤

設(shè)計(jì)單位資質(zhì)和人員素質(zhì)不高，導(dǎo)致所選的材料難以滿足現(xiàn)場的工況。主要有：1）應(yīng)力分析計(jì)算錯誤；2）設(shè)計(jì)時候未考慮到泵或者壓縮機(jī)等設(shè)備振動加速管道裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致失效因素；3）未設(shè)計(jì)出科學(xué)的管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，致使很多管道出現(xiàn)接觸碰撞；4）沒有選擇科學(xué)的支承件類別，導(dǎo)致管道部分管段應(yīng)力集中、繞曲變形等問題。

1.2 制造質(zhì)量低

管道元件品種繁多，大部分都由小工廠制造，產(chǎn)品質(zhì)量尚未有效保證。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，閥門、管件（三通、彎頭）、法蘭、墊片等最容易在使用中產(chǎn)生問題的組成件，與此同時，無縫管還存在各環(huán)節(jié)厚薄不一的情況，管件焊縫出現(xiàn)斷裂等重大問題。

1.3 安裝不合格

老舊工業(yè)管道現(xiàn)場焊接缺少監(jiān)督檢驗(yàn)，當(dāng)時很多安裝壓力管道的單位根本沒有相匹配的施工資質(zhì)，甚至很多單位私自焊接安裝，致使管道焊接存在安全問題，如夾渣、裂痕等質(zhì)量問題；由于當(dāng)時的施工單位缺乏基本的專業(yè)素質(zhì)，沒有科學(xué)的施工計(jì)劃，隨意更改設(shè)計(jì)圖紙，材料隨意選擇、管口隨意安裝等，從而引發(fā)安全事故。

1.4 管理不善

監(jiān)督管理缺失，企業(yè)對工業(yè)管道管理不重視，相關(guān)的管理制度不全，普遍存在違章作業(yè)，管理人員頻繁更換，不按相關(guān)法規(guī)進(jìn)行檢查和檢修。

1.5 管道腐蝕

管道局部腐蝕是普遍存在的，未定期對易腐蝕沖刷的管件進(jìn)行壁厚測定，沒有按照國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)選擇施工材料，防腐工作不到位，沒有定期檢查等，致使出現(xiàn)泄漏。

2 焊接缺陷及原因

對某公司合成氨車間300條壓力管道進(jìn)行定期檢驗(yàn)，介質(zhì)以甲胺、氨氣為主，其溫度在120～320 ℃，最高工作壓力在1.2～2.0 MPa，依照《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程——工業(yè)管道》將其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為GC1、GC2[4]。該管道于1999年投用，安裝時沒有監(jiān)督檢驗(yàn)，焊接質(zhì)量無保證。

共抽查2 100 個焊縫，射線檢測計(jì)6 300 張底片，依照NB/T 47013.2-2015進(jìn)行檢測[5]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)缺陷共828個，IV級缺陷626個，占到所有抽查底片的10%，缺陷類型分布比例如表2。

表2 壓力管道缺陷類型分布Tab 2 Distribution of pressure pipe defect types

2.1 表面氣孔

氣孔缺陷如圖1所示。

圖1 氣孔缺陷Fig 1 Porosity defect

從圖1來看，其問題在于表面的氣孔，焊縫的實(shí)際工作范圍被氣孔明顯弱化，焊縫金屬結(jié)構(gòu)的密封性和持續(xù)性也都被損壞，甚至令塑性還不到50%。氣穴的作用是將焊接熔池內(nèi)不能及時逸出的氣體封存在焊縫內(nèi)。造成氣孔出現(xiàn)取決于：1）電弧設(shè)計(jì)不合理，太長無法保護(hù)；2）埋弧焊、焊劑等受潮；3）沒有精純的氣體保護(hù)材料，氣體無法有效保護(hù)焊；4）坡口存在污染。

2.2 未焊透

未焊透缺陷如圖2所示。

圖2 未焊透缺陷Fig 2 incomplete penetration defect

從圖2來看，焊縫機(jī)械之所以強(qiáng)度不高，主要是因?yàn)楹缚p內(nèi)存在的未焊透，不僅影響強(qiáng)度，破壞內(nèi)部結(jié)構(gòu)，甚至?xí)霈F(xiàn)斷裂，有嚴(yán)重的安全風(fēng)險。所謂未焊透可解為：熔焊過程之中，接縫底部并未全部熔化的情況。未焊透形成主要原因：1）焊接時偏離焊道中心；2）從角度和間隙來說焊接坡口在這兩方面都較小，但鈍邊卻較大；3）焊機(jī)缺乏較大的電流，焊工焊接時過于追求速度，導(dǎo)致焊縫根部來不及熔化。

2.3 未熔合

未融合缺陷如圖3所示。

圖3 未融合缺陷Fig 3 Non-fusion defect

從圖3 來看，未熔合是非常嚴(yán)重的安全問題?？梢詫⑽慈酆侠斫鉃樘摵?，應(yīng)力過于匯集在一起，在工作時很容易斷裂。造成未熔合現(xiàn)象取決于：1）沒有按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)焊接，電流、電弧、坡口角度、間隙等都存在過大或過小的問題；2）沒有采取科學(xué)的運(yùn)用手法，如焊條的角度和擺幅、電弧、運(yùn)條速度等都過大或過小；3）沒有定期清理焊條、焊道，出現(xiàn)污染現(xiàn)象。

2.4 裂 紋

裂紋缺陷如圖4所示。

圖4 裂紋缺陷Fig 4 Crack defect

從圖4來看，裂紋有縱向裂紋、橫向裂紋、弧坑裂紋和放射裂紋等。本次檢驗(yàn)的主要問題是橫向裂紋，這是冷裂紋的一類。造成冷裂紋現(xiàn)象取決于：1）選擇Q370R（15MnNbR）當(dāng)作管道的材質(zhì)，屬于合金鋼，在焊縫中有形成淬硬組織的可能，有冷裂紋傾向；2）焊之前沒有預(yù)熱，而焊之后也沒有熱處理，使焊接接頭中的氫來不及擴(kuò)散出來；3）裂紋形成的位置在焊縫T 字接頭縱縫的熔合線處，對于焊接接頭而言，熔合線十分薄弱，T 字接頭處焊接多次受熱，焊接應(yīng)力較大；T字接頭處是筒體組對部位,裝配應(yīng)力也較大，因此，該處存在較大的拘束應(yīng)力。

除了橫向裂紋還有縱向裂紋，一般縱向裂紋屬于熱裂紋的一類。所謂熱裂紋是指焊接時，焊接金屬冷卻之后到相線周圍融合區(qū)的裂紋。熱裂紋產(chǎn)生原因是：主要是熔池金屬中的S可與Ni形成低熔點(diǎn)共晶，熔點(diǎn)650 ℃，這一熔點(diǎn)之下，共晶物與雜質(zhì)結(jié)晶時，若出現(xiàn)嚴(yán)重的晶間偏析，并且在焊接應(yīng)力之下，順著晶界拉開，從而出現(xiàn)熱裂紋。

3 結(jié)論與建議

老舊工業(yè)管道除了設(shè)計(jì)、安裝、改造等不規(guī)范存在的先天性缺陷還有使用中日常維護(hù)保養(yǎng)不重視，導(dǎo)致長期帶病運(yùn)行；年度檢查和定期檢驗(yàn)實(shí)施沒有到位；檔案原始資料缺失，歷史追溯性差等問題。針對管道事故以及焊接缺陷的分析，認(rèn)為現(xiàn)場焊接質(zhì)量低劣是造成事故的主要原因。

結(jié)合案例分析和老舊管道缺陷分析，建議老舊工業(yè)管道使用管理為：

1）構(gòu)建完善的壓力管道設(shè)計(jì)安裝等管理機(jī)制，定期進(jìn)行年度檢查；

2）建立壓力管道泄漏事故應(yīng)急預(yù)案；

3）委托具有資格的設(shè)計(jì)院，補(bǔ)齊相應(yīng)設(shè)計(jì)資料，到市場監(jiān)管局注冊[6]；

4）每月進(jìn)行至少1 次巡檢，每年至少1 次年度檢查，對有局部減薄部位進(jìn)行定期壁厚測定；

5）按期進(jìn)行定期檢驗(yàn)，做到應(yīng)檢盡檢。