工业管道施工技术发展现状

工业管道施工技术发展现状

工业管道广泛应用于石油、化工、冶金、制药、能源、环保等行业。它负责高温、高压、易爆、爆炸、爆炸和其他媒体的输送。如果发生泄漏或爆炸，可能会发生灾难。为保证压力管道的安全运行,1996年原劳动部颁布了《压力管道安全管理与监察规定》,正式将工业管道列入监察范围,对有效防止工业管道的破坏事故发挥了巨大作用。工业管道是用于输送工业介质的管道、公用工程管道及其它辅助管道。工业管道种类繁多,涉及各个行业和领域,其走向错综复杂,使用和运行条件也各不相同。施工及验收规范除国家标准GB50235—1997《工业金属管道工程施工及验收规范》和GB50236—1998《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》外,许多行业都制订了行业标准,如SH3501《石油化工剧毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》、DL5007《电力建设施工及验收技术规范火力发电厂焊接篇》及HG20225《化工金属管道工程施工及验收规范》等。由于行业施工技术发展受行业特点的约束,各行业标准的技术要求差别较大,形成了目前工业管道施工技术标准一时难以统一的现状。工业管道的施工验收及在用检验根据管道的级(类)别,要求也各不相同。工业管道的分级(类)通常根据管道具体使用条件(如温度、材料、介质、压力和环境等因素)以及管道失效或破坏后果等因素进行分类。国家质量监督行政部门颁布的设计、安装及在用检验的规范性文件中,通常将工业管道分为GC1,GC2和GC3三级。工业管道的失效不仅与工业管道内外部制造和安装缺陷、表面腐蚀以及材料累积损伤有关,而且与管道的支吊架、阀门、法兰等管道元件的自身质量和安装质量有关。下面根据工业管道(主要是金属管道)安装和使用的特点,综述在不同阶段采用的无损检测技术的特点。1无损检测技术应用如前所述,不同行业对工业管道安装过程中的施工要求和验收规范存在差异。管道安装过程中的无损检测主要采用射线、超声、磁粉、渗透和涡流检测,施工验收按各自行业标准的要求进行。实际工作中应根据设计文件要求区别对待。另外,目视检查在安装及在用工业管道的检验中都是一种非常重要的检测方法,但在下面没有单独阐述。1.1大口径管缺陷成型工业金属管道可分为无缝管和有缝管。无缝管常用穿孔法和高速挤压法制成,大口径无缝管也有用锭材经锻造和轧制等方法加工成形。无缝管中常存在裂纹、折叠、夹层、夹杂和内壁拉裂等缺陷,这些缺陷大多与管轴线平行。直接由锻压方式制成的大口径管的缺陷与锻件的类似,有裂纹、白点、砂眼和非金属夹杂等。有缝管是先将原材料卷成管形再焊接而成,大口径有缝管多采用焊接成形,焊接方法多采用电阻焊或埋弧自动焊。焊接的有缝管缺陷通常有裂纹、未焊透、未融合、气孔和夹渣等。工业管道的原材料无损检测按技术条件和相应标准执行,金属管道常用无损检测方法有涡流和超声波检测。1.1.1探伤检测频率及方法对钢管进行涡流检测通常采用穿过式线圈探头检测通孔缺陷,采用扁平放置式线圈探头检测表面裂纹。另外,铁磁性管材在不同磁场强度作用下具有不同的磁导率,因此,对铁磁性管材进行检测必须设置磁饱和装置,并对检测线圈所检测的区域施加足够强的磁场,使其磁导率趋于常数。铁磁性钢管涡流检测的频率一般在1~500kHz。涡流检测时,必须用对比试样来调节涡流仪的检测灵敏度、确定验收水平和保证检测结果的准确性。对比试样应与被检对象具有相同或相近的规格、牌号、热处理状态、表面状态和电磁性能,大多数标准规定对比试样上的人工缺陷为通孔或刻槽。焊接钢管涡流探伤依据GB7735《钢管涡流探伤检验方法》,比较样品中人工缺陷与生产中出现的缺陷在系统中显示信号的幅值进行判断。非铁磁性金属管主要包括奥氏体不锈钢、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金无缝管。对新制管材进行涡流检测的主要目的是发现钢管上可能存在的通孔缺陷,采用外穿过式线圈检测。与铁磁性金属管相比,非铁磁性金属管的涡流检测不需要磁饱和装置,但对铜镍合金管材,有时也使用磁饱和装置,使被检区域达到磁饱和后再进行检测。非铁磁性金属管涡流检测的频率一般在1~125kHz。1.1.2超声检测方法小口径管材大多为无缝管,对平行于轴线的纵向缺陷,可用横波进行周向扫查检测;对垂直于轴线的管内横向缺陷,用横波进行轴向扫查检测。应考虑管材与探头相对运动的轨迹和声束覆盖范围,以保证管材100%被扫查到。为避免由于缺陷取向等原因产生声波反射呈现定向性而发生漏检,应从两个相反方向各扫查一次。小口径管超声检测通常有接触法和水浸法两种。接触法适用于手工检测,为增加耦合性能,减少波束扩散,一般将有机玻璃斜楔磨成与管子外径曲率相近的形状,并采用接触式聚焦探头,以提高检测灵敏度。大口径管材超声检测的探测方式分为纵波垂直扫查、横波周向扫查和横波轴向扫查,用于检测不同取向的缺陷。另外,对于厚壁管还要注意横波一次扫查到内壁的条件以及整个管壁进行纯横波探伤的声束角条件。1.2连接焊接缺陷的检测工业管道焊缝的内部缺陷通常采用射线或超声检测,对表面缺陷采用磁粉或渗透检测。1.2.1压力管道射线照相检验工业管道的射线检测比例和合格级别,各施工及验收规范的要求不相同。但其划分依据均为介质的特性或管道的级(类)别以及设计压力和设计温度。GB50235标准规定下列管道焊缝应进行100%射线照相检验,其质量≮Ⅱ级,即①输送剧毒流体的管道。②输送设计压力≥10MPa或设计压力≥4MPa且设计温度≥400℃的可燃流体和有毒流体的管道。③输送设计压力≥10MPa且设计温度≥400℃的非可燃流体和无毒流体的管道。④设计温度<-29℃的低温管道。⑤设计文件要求进行100%射线照相检验的其它管道。另外,输送设计压力≤1MPa且设计温度<400℃的非可燃流体和无毒流体管道的焊缝,可不进行射线照相检验。其它管道应进行射线照相抽样检验,抽检比例≮5%,其质量≮Ⅲ级。抽检比例和质量等级应符合设计文件的要求。其它行业标准也有类似的要求。射线检测易于发现焊缝内部与射线透照方向平行并具有一定宽度的体积性缺陷,且可获得能保存较长时间的缺陷直观记录,因而在压力管道等重要部件焊缝内部缺陷检测中普遍应用。管道射线检测使用的探伤设备包括X和γ射线探伤机。为减轻现场探伤人员的劳动强度,提高工作效率,越来越多的工业管道采用γ射线探伤。射线检测时,射线照相质量要求≮AB级,对100%检测的对接接头,检测结果≮II级为合格。GB50235和HG20225标准中的射线检测部分按GB3323—1987《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》进行,SH3501标准中的射线检测部分按JB4730—2005《承压设备无损检测》进行,DL5007标准中的射线检测部分按DL5069标准进行。1.2.2超声检测的应用超声检测有操作灵活、成本低、对裂纹等平面线形缺陷有较好检出能力等优点,但与射线检测比较有不能提供缺陷直观记录,且需有高度熟练技术的操作人员对缺陷种类进行判断的缺点。GB50235和HG20225标准规定,如用超声检测代替射线检测时须经建设单位同意,其检验数量应与射线检验相同。SH3501标准规定当设计规定采用超声波检测时,应按设计规定执行;当设计规定采用射线检测但由于条件限制需改用超声检测代替时,应征得设计单位同意。GB50235和HG20225标准中的超声检测部分按GB11345—1989《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》进行,SH3501标准中的超声检测部分按JB4730标准进行,DL5007标准中的超声检测部分按DL/T5048标准进行。合格标准为100%射线检测或射线检测要求Ⅱ级对应的超声检测应为Ⅰ级合格,局部射线检测或射线检测要求Ⅲ级对应的超声检测应为Ⅱ级合格。大直径管道的超声波检测类似压力容器筒体的超声检测。长距离管道超声检测国内外逐步采用自动扫查装置,配合相控超声或多探头串列分区扫查技术,对环缝进行快速检测,大大提高了检测效率,降低了劳动强度,但设备价格一般较为昂贵。大多数小直径工业管道的安装过程还是采用手动超声检测。小直径工业管道焊缝的超声检测有大K值、短前沿,一次波探测根部的特点,要求仪器有较窄的始脉冲,占宽<2.5mm,且有较高的分辨率;探头一般为5MHz大K值探头,晶片尺寸常为6mm×6mm或8mm×8mm,前沿长度常为4~6mm,可采用单晶或双晶线聚焦探头。扫查时利用一、三次波探测焊缝下部和根部,二次波探测焊缝上部,以缺陷水平位置结合回波幅度等特征进行综合判定。检测区域的宽度应是焊缝本身加上7~9倍壁厚,通常在60mm左右。1.2.3焊缝表面检测对淬硬倾向大、裂纹敏感性高和无法进行射线和超声检测的金属材料焊接接头,应按设计文件或规范规定进行表面无损检测,以发现肉眼难以检出的微小缺陷(主要是微裂纹)。检测方法以着色渗透和磁粉检测为主,如属铁磁性材料且操作条件允许时,则应尽可能用磁粉法检测。磁粉检测具有操作简便、迅速、灵敏度高的优点,适于磁性材料表面和近表面缺陷的检测。GB50235和HG20225标准规定,焊缝表面应按设计文件规定,进行磁粉或液体渗透检验。SH3501标准规定,每名焊工焊接的抗拉强度下限值≥540MPa的钢材、设计温度<-29℃的非奥氏体不锈钢、铬-钼低合金钢管道,其承插和跨接三通支管的焊接接头及其它角焊缝,应进行表面无损检测。磁粉检测主要用于检测焊缝的表面和近表面缺陷。检测前,首先应检查所配制的磁悬液浓度是否合适,浓度太高,易产生伪磁痕;浓度太低,灵敏度会降低。其次要检查磁轭的提升力是否达到标准要求。现场检测时,必须用标准试片检查检测系统的综合灵敏度,符合标准要求时才能作业。渗透检测主要用于无法进行磁粉检测的部位或非铁磁性材料的焊接接头表面缺陷,一般采用溶剂去除型渗透剂。渗透探伤时应注意,①环境温度如不在10~50℃时,必须采用非标准温度检测方法。②被检表面不得有影响检测结果的铁锈、氧化皮、焊接飞溅及各种防护层。③要有足够的渗透时间,一般≮10min。④去除时一要防止过清洗,二要在擦拭多余渗透剂时保持一个方向。⑤显像剂喷涂一定要均匀且薄,观察显像要在显像剂施加后的7~60min内进行。2业管道检验为确保工业管道运行的安全,需对投入运行的管道进行定期检验。根据质量监督检验检疫总局颁布的《在用工业管道检验规程》,在用工业管道检验分为不停止运行的在线检验和停止运行后的全面检验。在线检验每年至少一次;全面检验是按一定的检验周期在在用工业管道停运期间进行的较为全面的检验,安全状况等级为1和2级的在用工业管道,检验周期一般≯6a(年);安全状况等级为3级的,检验周期一般≯3a。根据工业管道的结构尺寸和安装位置,对其进行全面检验所采用的无损检测技术也有所不同,下面分别进行介绍。2.1外表面渗透检测表面检测是工业管道全面检验首选的无损检测方法。检测部位的选取规则如下,①宏观检查中发现裂纹或可疑情况的管道,应对相应部位进行表面无损检测。②绝热层破损或可能渗入雨水的奥氏体不锈钢管道,应对相应部位进行外表面渗透检测。③处于应力腐蚀环境中的管道,应用表面无损检测进行抽查。④长期承受明显交变载荷的管道,应对焊接接头和容易造成应力集中的部位进行表面无损检测。铁磁性工业管道对接焊缝的表面一般采用磁粉检测,无法进行磁粉检测时,可采用渗透检测。非铁磁性材料管道的表面采用渗透检测。2.2检查部位的确定按《在用工业管道检验规程》的要求,GC1和GC2级管道的焊接接头一般用超声波或射线检测进行抽查;GC3级管道如未发现异常情况,一般不进行其焊接接头的超声波或射线抽检。抽检时若发现安全状况等级为3或4级的缺陷,应增加检测比例,增加量由检验人员与使用单位结合管道运行参数和运行经验协商确定。抽检部位应从下述重点检查部位中选定,即①制造和安装中返修过的和安装时固定口的焊接接头。②错边和咬边严重超标的焊接接头。③表面检测发现裂纹的焊接接头。④泵和压缩机进出口第一道焊接接头或相近的焊接接头。⑤支吊架损坏部位附近的管道焊接接头。⑥异种钢焊接接头。⑦硬度检验中发现的硬度异常的焊接接头。⑧使用中发生泄漏部位附近的焊接接头。⑨检验人员和使用单位认为需抽查的其它焊接接头。2.3液压波监测泄漏对剧毒和易燃易爆介质工业管道的安全运行影响很大。有保温层或在隐蔽工程内的管道,并不能从外观立刻找到泄漏点。因而管道泄漏检测十分必要。泄漏检测方法按检测位置可分为管内检测法和管外检测法两类。管外检测法是指通过探测管道外的泄漏物质来判断泄漏是否发生,方法有常规的沿线巡视、对碳氢化合物敏感的光纤和电缆法以及声发射检测法。管内检测法则是使用仪器监测管道运行参数(压力、流量和温度等),通过人工或计算机分析参数变化来判断泄漏是否发生。泄漏检测的方法很多,选用哪种方法需根据管道和传输介质的参数、设备的经济性和数据通讯能力来综合考虑,没有一种方法适用于任何状况的管道。负压波法是近年来国际上颇受重视的管道泄漏检测方法。管道突然泄漏时,会引发在流体中传播的瞬态负压波,通过捕捉负压波传播到上下游的时间差来定位。但该方法有两个局限性,即①它只是一种监测方法,即管道从无漏到泄漏变化过程的监测,对已经存在的稳定泄漏源无法进行判断。②该方法是一种管内流体的压力波监测方法,所以只能在安装或检修时提前装好传感器,因而对于已有的大量运行的工业管道无法使用。声发射检测方法是利用泄漏介质在泄漏过程中施加在管壁上的振动产生的应力波沿管道向上下游传播,通过在管壁上安装传感器可检测到泄漏的声信号。该方法的优点是能在任何需要检测的时候在管壁安放传感器,对接收信号进行泄漏判断,采用信号分析处理技术还可能进行泄漏源的定位,简单方便,成本低。其缺点是内部介质以及管道外壁的涂层和填埋土的耦合作用,使声波衰减很快,要想达到如负压波法同样的检测距离还很困难。综合来看,流体从容器或管道中泄漏出来将引起容器或管道内部流体的流量、压力和温度,管壁的应力波、声阻抗和温度,邻近环境的温度、湿度、气体浓度和材料特性等各种参数的变化,可利用这些变化或现象来检测泄漏和对泄漏进行有效定位。2.4超声波法检测管材涡流检测在1.1.1节已介绍,下面介绍管道在不拆保温层或在线状态下的脉冲涡流测厚技术。涡流检测信号的强度依提离值(绝缘层厚度)的不同而不同,其持续时间随金属壁厚的不同而变化。同时,检测信号受很多因素影响,包括金属材料性质(磁性和电性)和温度。该方法采用被检件进行自校准,通过对比可给出其它部位厚度的当量(百分比)数据,其检测精度误差为5%左右。脉冲涡流测厚设备适用于检测大面积腐蚀缺陷,不能检测单个小腐蚀坑;可在不停运情况下进行在线检验,适合于较大范围的气候和温度条件。该技术的主要优点为,不用打磨被检测管道的表面;不必去除绝缘层或涂层;可检测铝或钢制保温层外壳(<1mm)的高低温管道;被检测物表面允许粗糙或结垢;允许保温层不规则或不均匀;允许保温层内有金属加强网。该技术的不足之处是,只适合于低合金钢;不能检测小的独立凹坑;比超声波法精度低;部件的温度会影响检测精度;不能检测管径<50mm的管道;会受到150mm检测范围内障碍物的影响;不能区分外表还是内表缺陷等。