提高壓力管道安裝質量確保石化裝置安全運行

張文彬

中國石油工程建設公司華東設計分公司 山東青島 266071

提高壓力管道安裝質量確保石化裝置安全運行

張文彬

中國石油工程建設公司華東設計分公司 山東青島 266071

安裝質量直接影響著壓力管道的運行安全，從而最終影響石油化工裝置的安全運行。以壓力管道施工、驗收規范和法規為依據，結合諸多施工現場實際,講述了壓力管道施工安裝等諸多環節、因素對壓力管道和裝置安全運行的影響。

壓力管道 安裝質量 石化裝置 安全運行

壓力管道普遍存在和應用于石油化工、電力等領域，擔負著輸送易燃、易爆、高溫、有毒等介質的重要任務，在生產中占有重要地位，一旦發生泄漏或斷裂將直接影響并有可能引起爆炸、燃燒、中毒等重大事故。目前，國內幾十家煉廠幾乎每年都有或大或小的泄漏、著火或其它安全事故的發生，而我們在考慮事故原因時往往想到設計或者是否安全操作，卻很少重視管道施工安裝這一重要環節。因而，如何提高壓力管道安裝質量、確保石油化工裝置的安全運行，是石化單位以及安裝施工單位高度重視和重點解決的問題。本文拋磚引玉，總結了現場施工常見的各方面問題，并就如何提高壓力管道安裝質量給出幾點建議，為以后的設計以及施工提供參考。

1 管件質量是優良安裝質量的基礎

首先，管道材料的選用是根據管道的設計溫度、設計壓力、介質條件、經濟性、腐蝕性、材料的加工和焊接性能等因素確定的，反應系統工藝管道一般由于高溫、高壓、氫氣和硫化物共存，環境十分苛刻，其腐蝕主要是氫腐蝕、高溫硫化氫腐蝕和裝置停工期間的連多硫酸應力腐蝕。

（1）高溫高壓條件下擴散侵入鋼中的氫與鋼中不穩定的碳化物或固溶碳起化學反應生成甲烷，引起鋼材的內部脫碳，甲烷聚集在晶界極其附近的空隙，隨著管道壓力不斷升高，形成細小裂紋和鼓泡，剛才的韌性和延性顯著下降，隨之變成較大的縫隙和裂紋，產生氫腐蝕。管道材料處于氫腐蝕環境下，一般采用納爾遜（Nelson）曲線進行選材。例如對催化重整裝置中設計溫度不超過540℃、氫分壓1.25MPa的工藝管道，按Nelson曲線可選用1.25Cr－0.5Mo合金管，而不必選用5.0Cr－0.5Mo合金鋼管。

（2）高溫硫化氫腐蝕是管道材料在高溫下與含硫介質作用，生成性質不穩定、容積比較大、膜易剝離、熔點和沸點低的硫化物。管道材料處于高溫硫化氫環境下，含鉻鋼是有效的，一般采用Couper曲線進行選材，管道材料使用12%鉻以上的鉻鉬鋼。

（3）工藝管道在高溫、高壓、缺氧、缺水的干燥條件下運行不會形成連多硫酸，但當裝置運行期間受到硫的腐蝕、在管道內表面生成硫化物，裝置停工期間有氧氣和水進入時，與硫化物反應則會生成連多硫酸（H2SxO6）。為避免奧氏體不銹鋼發生連多硫酸應力腐蝕開裂，管道材料一般使用含有穩定化元素的不銹鋼如TP321和TP347等。

其次，管道組件的檢驗雖不是壓力管道安裝的直接內容，但卻是優良安裝質量的前提和基礎，對確保壓力管道的安裝質量至關重要。管道安裝單位必須按照國家現行標準進行外觀檢查，不合格者不得使用。對管子及管件進行檢驗的另一重要內容為合金鋼管的材質鑒定，不同材質的鋼管其最高使用溫度有明顯區別，一旦用錯鋼管有可能引起管道系統失效。

2 壓力管道安裝的環節

壓力管道安裝包括管道加工、管道焊接、管道安裝、管道檢驗與試驗、管道涂漆、管道絕熱和工程交接驗收等諸多環節。任何一個環節不符合國家和石化行業現行標準或法規，都將有可能導致壓力管道在使用過程中出現問題，引起事故。

3 焊接是影響壓力管道安裝質量的最重要因素

壓力管道安裝最顯著的特點是現場焊接工作量大，因而確保壓力管道焊接質量任務艱巨。

壓力管道的焊接質量影響因素包括焊接工藝、焊接材料選擇、焊工水平及責任心、焊前預熱和焊后處理、焊縫檢驗與無損檢測等諸方面。任何一個環節不符合要求都會使得壓力管道焊接質量出現問題。因而，對壓力管道安裝單位來說，要確保焊接質量必須做好焊接全過程的質量控制和監督工作。焊接缺陷主要有：

（1）未按要求進行熱處理，熱處理不當使得焊接接頭殘余應力過高、焊縫及熱影響區組織差、產生焊接裂紋等；

（2）焊縫表面質量不合格，焊縫尺寸不符合要求，出現咬邊、表面裂紋、飛濺等；

（3）焊縫內部質量不合格，焊縫內部產生氣孔、夾渣、未焊透、未熔合、裂紋等。

裂紋缺陷是不允許保留的，但氣孔、夾渣、未焊透、未熔合等焊接缺陷一般可以保留，只不過對它們的缺陷大小有嚴格的限制。

壓力管道焊縫中最常見的焊接缺陷是未焊透。未焊透及咬邊破壞了焊接接頭的連續性，減小了結構承載橫截面的有效面積，并且在其周圍產生了應力集中。當缺陷超標時會降低焊縫的強度，危及安全。例如某石化公司乙烯裝置開工鍋爐出口高壓蒸汽管道的最高操作壓力為12.8Pa、最高操作溫度為515℃，1996年8月投入運行僅2年就因大小頭對接焊縫泄露停車搶修，損失數億元。1999年初，該廠在大修期間對該高壓蒸汽管道進行全面檢驗與檢測，發現該高壓蒸汽管道有近百處焊縫存在超標缺陷，缺陷類型基本上為根部未焊透。而對于中低壓管道，由于焊接要求較高溫高壓管道低，安裝單位重視程度也不夠，未焊透缺陷現象有時更加嚴重。

4 支吊架制作和安裝質量對管道安全和裝置運行有直接影響

裝置吹掃、打壓試驗、開工和運行時，高溫壓力管道系統的膨脹和位移量較大，因而支吊架的安裝質量往往會威脅到壓力管道系統乃至整個裝置的安全。管道支吊架的基本作用在于承受管道的自重、外載以及調整和改善管系的應力分布狀態，避免產生過量撓度和荷載的過量轉移，保證管系和裝置的安全運行。

提高管道支吊架安裝質量、克服制作缺陷，施工和制作過程中必須注意以下幾個問題：

（1）根據支吊架結構形式和管道荷載需要合理選擇型鋼進行備料；

（2）確定符合施工圖要求和現場管道排列所需要的支吊架結構形式；

（3）支吊架制作時，下料要準確，保證支吊架的拼接平直，下料、鉆孔時均不得用焊割、氣燒，每個支吊架的尺寸要準確，外形規矩；

（4）支吊架拼縫連接時，焊縫的寬度除設計注明外，均不得小于4mm，應全長焊滿；

（5）支吊架制作完成后，必須做好清楚其表面的灰塵、污垢、銹斑和焊渣等工作后，再對其進行防銹漆一遍和面漆兩遍的防腐處理工作。涂刷面漆時應厚度均勻，不得出現脫皮、起泡、起皺、針孔、流淌和漏刷的現象。

5 施工現場中設備和材料的代用原則

施工現場中堅持按施工圖施工，原則上不應代用，但由于現場物資供應情況的需要，有些設備和材料的代用是不可避免的。為滿足施工要求和保證施工進度，應以施工圖為依據，可按原設計的相當標準進行設備和材料的代用。應優先利用性能相近的庫存積壓設備和材料，清倉利庫，以節約工程投資，但不得以報廢、淘汰、無法確定性能指標、無產品合格證和質量證明書的設備和材料作為代用設備和材料。必要時，應進行復驗，符合國家、部委等頒布的有關設計、施工和驗收的規范和標準方可代用。

6 施工現場應加強規范管件存放和認領

項目施工現場經常出現管件、閥門等錯領錯裝的現象。如某東北煉化裝置中有碳鋼和CrMo鋼的螺栓，由于標示太小，難以辨認，施工工人經?；煜?，可能將低強度材料用在有剛強度需求的地方引發事故，故可將容易混淆的材料、管件等按規定進行漆色，并標上識別符號分開存放，避免錯領、錯裝現象的發生。

7 科學合理的施工周期

當今社會企業競爭激烈，工程項目的施工時間盡可能縮短，以便為企業提前創造效益。項目施工過程中由于多種原因經常出現搶工期、搶進度的情況，這與合理的施工周期相矛盾，從而嚴重影響了壓力管道的安裝質量。因此，必須制定合理的施工周期并嚴格執行以保證壓力管道的安裝質量。

8 加強監理和監督

要提高壓力管道安裝質量，最根本的途徑應是安裝單位自身素質的不斷提高，但同時必須進行監理和監督。嚴格按照目前我國已頒布的《壓力管道安全管理與監察規定》等法規和標準進行壓力管道安裝質量監督和管理，確保安裝質量，保證裝置安全運行。

9 結語

由于壓力管道在石化裝置中的應用量大、范圍廣，其安裝質量直接影響到壓力管道和裝置的安全運行。只有各煉化和安裝施工單位高度重視壓力管道的安裝質量，嚴格遵守壓力管道檢驗和施工規范，才能確保煉化生產裝置長周期安全運行。

1 李文新.安裝質量對壓力管道安全運行的影響分析.儲運安全.2009，9(3).

2 蔡爾輔．石油化工管道設計．北京：化學工業出版社，2001．

3 張德姜，王懷義，劉紹葉．石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊．第四版．北京：中國石化出版社．1994．

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