压力管道不锈钢无缝钢管的检验
2021-04-29 08:48:10
不锈钢无缝钢管是压力管道的重要组成元件。其质量状况,与制造、供货、价格、用途、使用、维护等因素相关。石油化工高温高压、易燃易爆、腐蚀、有毒等生产装置若使用带有缺陷(先天和后天的)的不锈钢无缝钢管,则具有潜在的危险隐患,威胁装置的安全。据权威部门统计,因制造缺陷、腐蚀、检验维护不力等引起的事故占有约相当高的比例。随着压力管道安全管理的法制化、规范化,压力管道检验也更加制度化、普及化。但是,有些情况应引起重视,有些单位仅注重不锈钢无缝钢管的采购使用,忽视了供货质量的控制;仅注重在用管道的检验,忽视了待用管材的复查;仅注重对管道焊缝、弯头等部位的检验,忽视了钢管部位的检验等。本文论述石油化工压力管道不锈钢无缝钢管在使过程中(产品待用、管道安装、在线使用)质量检验的重要性,对常见缺陷形式、检验项目和检验方法作简要介绍。
2不锈钢无缝钢管的制造工艺和常见缺陷
21制造工艺
不锈钢无缝钢管采用热轧或冷拔的无缝方法制造,主要有穿孔法和挤压法。穿孔法是将圆钢在轧辊滚轧的同时用穿孔机穿孔,再通过心棒轧管机、减径机、定径机等工艺进行压延和平整成型。挤压法是通过原材料在挤压机中直接挤压成型,再经热处理等工序,管材尺寸精度较高。
22常见缺陷
不锈钢无缝钢管加工度较大,容易产生加工缺陷,缺陷形式和状态与原材料中存在的冶金缺陷、不同的成型工艺、热处理状态等有关。主要表现为沿管材轴向延伸而在横截面上呈径向分布的缺陷,称为纵向缺陷,大多为裂纹、折叠、翘皮、夹杂、划伤等;在轧制中形成的分层、重皮等缺陷也时常发现。
3宏观检查
31尺寸和外形的检查
不锈钢无缝钢管制造时,在钢管外径和壁厚、长度、弯曲度、端头外形、椭圆度和壁厚不均、交货重量等方面需经过相应的检查,保证按需方要求生产出合格钢管。如GB994888!石油裂化用不锈钢无缝钢管∀规定:钢管尺寸应用卡尺或千分尺逐根进行测量。一旦不锈钢无缝钢管安装到装置上或经过数年的使用,这些的检查一般少有进行。因此,在供货过程中,必须做好对尺寸和外形的质量控制,必要时也可对已供货产品进行复验,使钢管在投用前就保证合格。
32宏观缺陷的检查
不锈钢无缝钢管的缺陷有多种形式,如裂纹、折叠、重皮、结疤、发纹、砂眼、夹杂、夹层、缩孔、针孔等。即使不锈钢无缝钢管产品标准大都不允许以上缺陷存在,但上述缺陷却经常可以发现,产品投用前和在线时在应进行必要的检验。
在线检验时,应注重对不锈钢无缝钢管表面腐蚀的检查。许多管道年久失修,腐蚀严重,降低了结构强度,成为压力管道事故的主要隐患。例如,某液化气站一条液化石油气管线由于外保温层开裂、脱落,在保温层和管壁之间形成缝隙和空间,长期存有湿气、雨水和露水,形成腐蚀介质,造成外表面不同程度的腐蚀,从而引起管线爆裂事故[1]。钢管的腐蚀常以密集麻点、局部凹坑、壁厚明显不均等形式出现,检查时应以注意。在线检验时,还应注意钢管是有否异常变形,如直径增大、局部鼓胀、过度的挠曲或下沉等,有明显的形状改变往往是因超压所致,是韧性破坏的主要特征。
宏观检验可借助于放大镜等工具,发现缺陷和可疑部位后进行应仔细观察,必要时借助于测厚仪、磁粉检测、渗透检测、超声波检测、材料检验进一步确认其性质和程度,从而采取相应的处理措施。对妨碍检测的表面附着物,如氧化皮、铁锈、污垢、油渍等进行及时处理后,可有效提高缺陷的检出率。
4壁厚测定
41壁厚要求
不同用途不锈钢无缝钢管的产品标准都对壁厚的允许偏差有明确的规定。如GB994888!石油裂化用不锈钢无缝钢管∀规定公称壁厚小于或等于20mm的热轧管,其允许偏差为5%。
当不锈钢无缝钢管某些部位壁厚偏差已满足不了允许的负偏差时,则成为结构强度薄弱处。长期处于高温、高压状态下的管道,当有引起管子爆裂的外部条件时,如超压时,管子会在这些强度薄弱处爆裂,引起事故。例如,某化工厂曾因一条管道壁厚减薄未及时更换发生破裂引起火灾,烧坏两台关键塔设备,造成装置停产半年的恶性事故。
42壁厚测定部位
不锈钢无缝钢管的以下部位应重点进行壁厚测定:(1)表面缺陷处理过的部位;(2)外壁腐蚀或损伤部位;(3)内壁存在严重沟槽部位;(4)内壁腐蚀或介质冲刷严重的部位;(5)介质流速变化大或流动复杂的部位;(6)容易存积凝液的部位。定点测厚很有必要,因管道腐蚀速率往往因环境恶化而加剧,不同时期在同一部位测厚可有效监控壁厚减薄情况。
一旦发现有壁厚减薄,应增加测厚点,找出减薄范围和最小壁厚点。当实际壁厚小于壁厚所允许的最小值时,使用单位应及时采取相应的措施。
43壁厚测定方式
使用超声波测厚仪和超声波探伤仪,按JB473094!压力容器无损检测∀规定的方式进行正确操作,可进行准确的测厚。
当钢管外壁测厚部位凹凸不平时,例如,有密集的腐蚀麻点,应将测厚部位修磨平滑,测厚数据才能真实反映该点壁厚;当内壁也有密集的腐蚀麻点时,则可辅以超声波检测、使用聚焦探头等方式来得到较准确的壁厚数据。
通常情况下,管道内壁的物料有比管材小得多的声阻抗,对壁厚测定影响不大。但在石油精制中,某些具有较高声阻抗的硫化物层粘着在管壁上,测厚时会发现有壁厚增大现象,如试用锤击、振动等方式使附着物脱落,则会测出相对准确的数据。
测定临氢介质压力管道时,如发现壁厚异常增大现象,应注意管道内壁氢腐蚀问题。
有试验研究表明,通过测定超声声速、衰减及背散射等方式可测试内壁是否有腐蚀。
5磁粉检测或渗透检测
磁粉检测或渗透检测可有效的发现表面裂纹、折叠、重皮、发纹、针孔等表面缺陷。对于铁磁性材料,应优先采用磁粉检测法,因其具有较高的检测灵敏度;对于非铁磁性材料,如不锈钢不锈钢无缝钢管,则采用渗透检测法。
不锈钢无缝钢管在制时,当钢管两端预留切除余量较少时,由于检测装置的结构原因,两端头有时得不到有效的检测,而端头是最有可能存在裂纹或其他缺陷的部位。如果端头存在有潜在的裂纹倾向,安装时的焊接热影响也有可能使潜在的裂纹扩展。因此,也应注意对焊后不锈钢无缝钢管一定区域的检测,及时发现钢管端头缺陷的扩展。
对在线使用的奥氏体不锈钢无缝钢管,当绝热层损坏或可能有雨水渗进的部位,应注意进行渗透检测,以发现应力腐蚀裂纹或点蚀等缺陷。
表面裂纹的检测不容忽视。例如,某石化炼油厂常压炉使用进口不锈钢无缝钢管,仅在一根钢管表面就发现长度分别为120mm、100mm、90mm的三条裂纹,裂纹较深,打磨消除后,剩余壁厚已大大小于允许的最小壁厚,只能判废。又例如,某石化炼油厂一根加氢裂化装置用不锈钢管,安装前对钢管外表面进行渗透检测,仅在一米长的范围内,就发现三十余条裂纹。类似的事例很多,应引起足够的重视。但磁粉或渗透检测只能对钢管外表面进行检测,对内表面缺陷则无能为力。对内表面的检测,特别是裂纹类缺陷的检测,必须通过超声波检测来进行。
6超声波检测
超声波检测是不锈钢无缝钢管重要的无损检测方法。
61超声波检测的要求
石油化工压力管道高温、高压用不锈钢无缝钢管,其产品标准大多明确规定需进行超声波检测。如GB9948-88石油裂化用不锈钢无缝钢管在“无损检验”一节只规定:钢管应逐根进行超声波检验。不锈钢无缝钢管的缺陷大多为纵向缺陷,故钢管超声波检测以探测纵向缺陷为主要目的。横向缺陷的检测是在需方提出要求或供需双方协商同意时才进行。纵向缺陷和横向缺陷检测见图2。
62超声波检测的特点
超声波检测是对钢管整个壁厚方向的检测,最重要的是可以检测内壁缺陷,这是其他方法所不及的。超声波不仅可以检测钢管内、外壁缺陷,还可以检测材料内部缺陷;不仅可以检测纵向缺陷,也可以检测横向缺陷。对不锈钢无缝钢管的主要缺陷类型,如裂纹、翘皮、刮痕等有着较高的检测灵敏度。
63检测方式
不锈钢无缝钢管形状简单,制造时基本都为自动化水浸法超声波检测。在使用现场,一般不可能再通过水浸法进行检测,主要以直接接触法横波检测方式进行。采用直接接触法横波检测时,应保证声束对管子全部表面的扫查;探头的移动均应在管子的两个相反方向进行。
不锈钢无缝钢管的规格多种多样,根据规格变化,检测方式也有不同,如大口径薄壁管和小口径厚壁管就有很大不同。
根据大量的实践操作经验,在检测中合理选择使用斜探头、适当辅助使用直探头、双晶直探头、测厚仪等,可有效的提高缺陷检测率和检测准确性。
64检测标准
不锈钢无缝钢管超声波检测常用的标准为GB/T57771996!不锈钢无缝钢管超声波探伤检验方法∀和JB473094压力容器无损检测之高压不锈钢无缝钢管超声检测。前者作为国标,适用于各种用途不锈钢无缝钢管的超声波检测;后者作为行业标准,在压力容器行业压力管道检测中得到广泛使用。
65对比试样
对比试样用于超声探伤仪的调试和校验
在JB473094之∃高压不锈钢无缝钢管超声检测%中,规定了对比试样应选取与被检钢管的规格相同,材质、热处理工艺和表面状况相同或相似的钢管制备。对比试样不得有影响人工缺陷正常指示的自然缺陷。
试样上加工有纵向或横向V形尖角槽,用于纵、横向缺陷检测。标准规定试样人工槽尺寸共有3个级别,以适用于不同要求。试样分别见图3、图4。
66探头选择和加工采用
直接接触法检测时使用斜探头或聚焦斜探头。由于钢管有一定曲率,常规探头与管材接触面小,耦合不良,使灵敏度降低,常将探头粘贴有机玻璃块并磨制成与管材表面相吻合的曲面,以改善耦合条件。探头的选择、有机玻璃块的粘贴和磨制,会影响探头使用性能和检测准确性,方法得当,缺陷检出率和准确性会大大提高。
67探伤仪的调试和校验
为保证检测的准确性,应按标准规定的方法正确调试仪器,使试样内外壁尖角槽回波达到合适的检测灵敏度。以下检测状况下应及时对探伤仪进行校验:每次重新使用探伤仪时、变换检验规格时、变换探头时、较长时间连续检验时、操作人员更换时、对检验结果有怀疑时等。
检测人员在检测时,须仔细监视、准确判断和评价反射信号,以防缺陷漏检。
68验收要求和结果评定
不锈钢无缝钢管判废要求按相应的技术文件规定。若缺陷回波幅度等于或大于对比试块人工缺陷回波时,则判为不合格。不合格品允许重新处理,处理后仍按标准进行检测和等级评定。
69厚壁管的超声波检测
直接接触法横波检测,是对壁厚和外径之比(t/D)不大于02的不锈钢无缝钢管而言。对于壁厚和外径之比大于02的不锈钢无缝钢管,称其为厚壁管,仅用单纯的横波不能完全进行内外壁缺陷的检测,必须采用特殊的∃波形转换%方式进行检测。
610夹层类缺陷的超声波检测
夹层、折叠等缺陷与管轴相平行,上述的超声波检测标准皆不适用。此类缺陷的检测,可采用单直探头或双直探头垂直入射法来进行。
7材料检验
不锈钢无缝钢管产品标准都对各种牌号钢的冶炼方法、化学成分、力学性能等有明确的规定。用途不同,选用的钢材类型也不同。因此,在供需协商、钢管制造、产品供货过程中,应做好材料性能的质量控制。
但不锈钢无缝钢管应用于压力管道后,材质方面会存在潜在的安全隐患。如不锈钢无缝钢管本身材质性能不合格或材质不明;又如在管道安装时,会有管材错用、盲目代用的情况,致使材质性能不能满足工艺条件要求;再如在使用过程中,也会有高温、高压和介质腐蚀等原因造成材质劣化(如脱碳、氢腐蚀、氢脆、应力腐蚀、晶间腐蚀、蠕变损伤等)。因以上原因导致压力管道腐蚀泄露、爆裂着火、有毒介质扩散,导致人员伤亡和设备损坏的事故时有发生。例如,某地两化肥厂压力管道因材质错用,相继导致管道爆炸、死亡13人的恶性事故。鉴于此,应根据不同情况,对此类可能引起管道失效或破坏的危险因素,进行针对性的材料性能检验,如硬度测定、金相检验、化学成分分析等,分辨优劣,分析隐患,保证安全。
8结语
(1)在不锈钢无缝钢管供货过程中,使用单位应注意制造质量的控制,严格把关,杜绝不合格的产品进厂和投用。对已发现问题或有怀疑的不锈钢无缝钢管应及时进行相关复验,保证不锈钢无缝钢管的质量。
(2)压力管道安装施工焊接后,除对焊接接头等重要部位进行检验外,应注意对焊接接头热影响区域的不锈钢无缝钢管进行检验,及时发现钢管端头部位有否潜在缺陷的暴露。
(3)在压力管道的定期检验中,应注意对不锈钢无缝钢管的检验,从而使压力管道的全面检验。
