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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。