施工中常見的管件質量問題以及解決方法

管件特別是三通、彎頭及大小頭等在管道工程建設過程中使用越來越普遍，這主要是由于其具有成形好、耐壓能力強、焊接形式簡單等特點，以保證管道的承壓能力，所以在工藝管道工程中特別是在石油化工等高溫高壓及易燃易爆管道中，管件的合理使用以及管件本身質量的好壞直接起著舉足輕重的作用。 正固如此，在管道設計、安裝過程中特別是在石油化工行業高溫高壓及易燃易爆管道工程中，無論從設計選型還是加工制造，直到建設安裝及檢驗的每一個環節，設計 制造和安裝單位人員要嚴格把關，保證其選型、用材、制造、安裝及檢驗的質量，否則在裝置建設及生產過程中會造成難姒估量的損。 失從施工過程中，我們發現管件到貨的質量主要存在以下幾個方面的問題 1 管件的壁厚不均管件壁厚不均主要發生在管件變形最大的部位．如彎頭背部的壁厚薄于其他部位；管口與管件體的壁厚不等。國家有關標準中規定．管件的壁厚減薄量最大不得超過其名義厚度的1 2、5 ，但在現場實測發現，有些壁厚減薄量達到了2o ～30 。對于此類問題的檢查，用一般的卡尺等測量工具往往難以發現，此時只有使用超聲測厚儀才可測出。 2 硬度超標硬度超標問題的產生，主要是由于成形后的熱處理工藝問題 其解決的方法是用正確的熱處理工藝再進行一次熱處理．此問題一般都可以解決 3 材料及加工過程中所產生的缺陷此類問題對裝置的安全危害最大．檢查起來又比較麻煩。產生缺陷的因素比較多也比較復雜，它既有材料本身的缺陷又有加工制造工藝問題以及熱處理工藝的不正確所造成的缺陷。那么它們為何產生安全上的危害，如何避免此類問題的發生呢?現以三通為例對此逐一做一分析。 3．1 原材料的問題我們知道，對于承受高溫高壓及易燃易爆介質的管件來說．原材料的質量如何，直接影響到管件的質量 用于制造此類管件的管材，對于碳鋼管來說，多數采用GB531 0— 85《高壓鍋爐用無縫鋼管》、GB6479—86《化肥設備用高壓無縫鋼管》 GB9448— 88《石油裂化用無縫鋼管》以及GB81 63—87{輸送流體用無縫鋼管》等標準規定的材料。對于這類鋼管，鋼廠應對其逐根進行水壓試驗。對于大中型鋼來說，往往用渦流或超聲渡探傷(uT)代替水壓驗，如嚴格按國家及有關標準來檢驗，管材的質量還是可以保障的。但有時難免會出現漏檢、誤檢，更有甚者由于管材進貨渠道混雜，有些根本未經檢驗的原材料進入到了流通領域，因此，對于到貨后的管材特別是非批量從鋼管廠直接購進的材料．除應按標準進行全面復檢外，還應增加復檢的比率，甚至逐根檢查 但是．從我們接觸過的多家具有規模的管件制造廣的調查來看，許多制造廠對購進的管材的復檢把關不嚴，盲目信從材料的出廠質量證明書(值得注意的是，有些出廠質量證明書的真偽就存在問題)，而僅雙墩管材的外觀檢查 用這些不合格管材制成的管件，其質量難以得到保證。加之目前許多制造廠的檢驗手段既不先進又不太完善 因此有些不合格的管件就很容易作為合格產品出廠，如在天津石化公司煉油廠加氫精制裝置中就遇到此類問題。在管線安裝完畢后打壓的過程中，有～ 件機14mm×7ram 的三通，在壓力升至llMPa時固頸部開裂而泄漏，泄漏部位如圖l所示。圖1 泄漏部位示意圖經測量其為一貫穿性裂紋，裂紋長度為21mm．我們對此裂紋做了以下幾種分析： a)化學成分通過化學成分分析及仲裁復驗，確定了其中的碳元素含量和錳元素含量偏高(c 0．26 ；Mn：1．27 ，選用材質為2O號碳鋼)； b)力學性能正常2O號鋼管的 為410～ 550MPa，而實測實物的 =570MPa； 12)金相組織通過對三通斷口和直管部分正常部位的觀察，發現其珠光體的比例明顯高于正常的20號鋼，這與其含碳量較高有關。而且其含碳和錳量過高，勢必對三通的加工性能產生影響。三通材質的金相組織見圖2。三通內外壁表面金相見圖3 3．2 加工工藝問題目前國內制造廠商的加工成形一般都采用下面幾種方式： (1)冷沖壓成形； (2)熱沖壓成形； (a) 4ram管正常部位(軋向)F—P (h)~1]4mm 管正常部位(橫向 P (e)~61mm 管裂紋斷VI處(橫向JF P (d)圖2(c)的放大F P 圖2 三通材質的金相組織 (3)油壓成形施工中常見的管件質量間題及解決方法 (a）內壁表面F P (b) 外壁表面F P 圖3 三通內外壁表面金相組織對于直徑較大、壁厚較厚的三通來說，多采用后面兩種成形方法，而這兩種方法的成形時間一般需要1～2分鐘，甚至有的可達3分鐘。在這幾分鐘當中，如何保持溫度的相對穩定，對于管件的質量來說是關鍵問題，如溫度差異過大，會造成鋼纖維組織流動不均衡，尤其對于變形較大的部位．因其產生較大的塑性變形，如溫度過低會造成冷做硬化現象而產生脆性破壞。這一現象可通過對前述三通開裂的 下實驗分析予以證實解剖后的內外壁裂紋形貌見圖4。斷口宏觀形貌見圖5。從金相組織看，三通管有明顯的帶狀組織，其斷El處(橫向)的帶狀組織比正常部位的帶狀組織更明顯，這表明該部位經歷了較大的塑性變形對斷口(橫向)處高倍觀察，珠光體形貌特征正常，未觀察到碳化物的聚集和球化，這表明了三通在擠壓成形中的溫度較低。從圖3可見，三通外壁表面淺層(約0．4～0．7ram)帶狀組織不明顯，而內壁帶狀組織十分突出。這表明了三通外壁溫差較大．溫度較高而冷卻速度較快。從三通實物宏觀圖中可見，在三通擠壓成形時應變最大部位(即三通的根部)附近有缺陷(裂源)，成形后內表面裂紋長度達40ram 左右．整個裂紋表面被較厚的氧化皮覆蓋。從表層的顏色來看(淡黃、紅紫、灰藍、黑褐色等)應為Fe3O 。 (a)外壁裂紋形貌 (b)內壁裂紋形貌圖4 內外壁裂紋形貌圖5 裂紋斷口宏觀形貌由斷El全貌(圖5和圖6)可見，斷H被氧化皮覆蓋，氧化皮長約45mm，幾乎貫穿管壁，且裂紋層附近氧化物的顏色和管壁內表面氧化物顏色基本一致，說明裂紋源和內壁表面氧化物是在相同條件下形成的。此外，氧化物與基體結合緊固，即使經鹽酸溶液清洗也難 去除，斷口氧化物內側邊緣與內表面氧化物相連接，可表明氧化物是在同一環境下形成的。以上大量實驗結果證明．此三通在熱擠壓成形時由于加工工藝的缺陷導致了表面缺陷處(裂紋源)的應力集中，使裂紋擴展直至接近貫穿且裂紋斷El平滑，具有瞬時性斷裂斷El特征 裂紋擴展走向和擠壓三通時變形的行跡一致。這些都說明了裂紋是在i通擠壓過程中形成的圖6 裂紋低倍斷口形貌 3．3 成形后的熱處理三通成形后的最終熱處理能顯著地提高鋼的機械性能．特別是對于加工方法不太先進的三通制造廠來說，選擇正確的熱處理制度和工藝尤其重要。在GB12459—90“鋼制對焊無縫管件”中規定r冷成形的碳鋼管件要進行正火或退火熱處理。那么究竟選擇哪一種熱處理，尤其選擇哪種退火制度為好，標準中并無選擇或說明，這要根據制造工藝來決定。筆者認為，無論選擇哪一種熱處理制度其目的就是提高管件的機械性能，增加其強度。管件在冷擠壓成形過程中，鋼的組織會因其較大的塑性變形而產生很大的變化，如；帶狀組織明顯、晶粒粗大、晶界錯位、界面滑移等等。這些組織上的變化對于鋼的切削加工及使用性能都有很大的影響。要想克服這些不利的變化就應通過熱處理徹底改變這些變化了的組織結構，使其晶粒細化，組織均勻。要達到這一目的，就必須使用正火或退火中的完全退火工藝來實現。許多管件制造廠商并未完全認識到這一點．出于某種考慮，他們只對成形后的管件進行了旨在消除應力的退火熱處理，而這種退火并未從根本上改變管件的金相組織和性能，也就難以保證管件的質量。 4 管件出廠前及到貨后的檢驗對于作為確保管件質量的最后一道工序，檢驗扮演著重要的角色，尤其對于承受高溫高壓及易燃劇毒介質的管件來說，檢驗過程尤為重要。目前，管件出廠前多進行外觀尺寸、硬度、厚度及磁粉探傷(MT)、超聲波探傷(uT)的檢查，從對到貨的管件進行檢驗來看，問題出現最多的就是磁粉探傷和超聲波探傷的檢驗。對于磁粉探傷來說，制造廠多使用磁軛法(碳鋼管件)。但因受設備限制，這種方法大多局限于管件的外表面，而問題出現最多的恰恰是在管件的內壁，對于這一部分往往出現的裂紋尤其是小直徑管件內壁的裂紋，應采用磁棒法或渦流法來進行檢驗超聲波探傷檢驗是一項對設備及技術有很高要求的檢驗項目，這是因為： 1)它要求操作者應有較高的技術及豐富的經驗，對檢查出的缺陷應給予是屬于裂紋還是其他欹陷的判定，做到不漏檢、不誤判。 2)它對檢測設備特別是對探頭要求比較高，對于許多變形較大的部位(如三通的兩個肩部)及直徑在DNS0mm 以下的管件，多數檢驗人員所常用的國產直探頭來檢驗就容易出現漏檢，甚至無法檢驗通過現場實踐發現，對于以上的這些難點，采用直徑在10mm 以下的雙晶探頭，用橫渡斜入法，效果較好通過以上的實驗及分析，我們掌握了一些管件破壞的原因及避免方法。其目的就是要讓優質的管件用于工程建設中，以滿足石油化工工程建設的需要。