管線鋼管靜水壓爆破試驗(yàn)質(zhì)量控制方法

范 煒，崔艷霞，孟 丹，韓新利，黃呈帥

(中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院，石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西 西安 710077)

·試驗(yàn)研究·

管線鋼管靜水壓爆破試驗(yàn)質(zhì)量控制方法

范 煒，崔艷霞，孟 丹，韓新利，黃呈帥

(中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院，石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西 西安 710077)

利用MSA技術(shù)研究靜水壓爆破測(cè)量系統(tǒng)的變差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，通過(guò)分析測(cè)量系統(tǒng)的偏倚、線性、穩(wěn)定性、重復(fù)性和再現(xiàn)性進(jìn)行質(zhì)量控制，是一種行之有效的控制方法，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)理論知識(shí)預(yù)測(cè)靜水壓爆破測(cè)量系統(tǒng)是否有能力滿足測(cè)量要求，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

靜水壓爆破試驗(yàn)；質(zhì)量控制；控制圖

0 引 言

隨著企業(yè)質(zhì)量管理水平的提高，數(shù)據(jù)的應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛，越來(lái)越頻繁。如果數(shù)據(jù)失真或誤差很大，就有可能導(dǎo)致分析失誤、管理不當(dāng)。因此，如何保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量就顯得非常重要，而要保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量，就必須對(duì)獲得數(shù)據(jù)的測(cè)量設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量控制。

依據(jù)CNAS-CL01:2006《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》，5.9條款要求實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有質(zhì)量控制程序，這種監(jiān)控可包括(但不限于)下列內(nèi)容：

1)定期使用有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(參考物質(zhì))進(jìn)行監(jiān)控和/或使用次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(參考物質(zhì))開展內(nèi)部質(zhì)量控制；

2)參加實(shí)驗(yàn)室間的比對(duì)或能力驗(yàn)證計(jì)劃；

3)使用相同或不同方法進(jìn)行重復(fù)檢測(cè)或校準(zhǔn)；

4)對(duì)存留物品進(jìn)行再檢測(cè)或再校準(zhǔn)；

5)分析一個(gè)物品不同特性結(jié)果的相關(guān)性。

按照本條款的要求，對(duì)拉伸，沖擊，硬度，金相和化學(xué)分析試驗(yàn)可以通過(guò)一項(xiàng)或其組合進(jìn)行質(zhì)量控制，但是靜水壓爆破試驗(yàn)由于是破壞性試驗(yàn)，沒有標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，試驗(yàn)樣品價(jià)錢昂貴，數(shù)量有限等問題，無(wú)法應(yīng)用實(shí)施以上內(nèi)容進(jìn)行質(zhì)量控制。那么，如何進(jìn)行靜水壓爆破試驗(yàn)的質(zhì)量控制呢？

應(yīng)用MSA技術(shù)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)管是行之有效的手段。測(cè)量系統(tǒng)是指對(duì)被測(cè)產(chǎn)品特性賦值的操作者、設(shè)備(包括量具)、軟件、操作程序、測(cè)量環(huán)境的集合，以及用來(lái)獲得測(cè)量結(jié)果的整個(gè)過(guò)程，如圖1所示。

圖1 測(cè)量系統(tǒng)示意圖

測(cè)量系統(tǒng)的變差按性質(zhì)分為位置變差和寬度變差。位置變差主要包括：偏倚、穩(wěn)定性、線性；寬度變差主要包括：重復(fù)性和再現(xiàn)性。MSA分析研究測(cè)量系統(tǒng)的變差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，進(jìn)而確定測(cè)量系統(tǒng)能否使用，MSA的構(gòu)成如圖2所示。

圖2 MSA的構(gòu)成

將靜水壓爆破系統(tǒng)、操作者、試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)和操作環(huán)境，以及獲得爆破壓力結(jié)果這個(gè)過(guò)程看成靜水壓爆破測(cè)量系統(tǒng)，應(yīng)用MSA技術(shù)對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量控制，這樣對(duì)企業(yè)的成本大大降低，操作方便快捷，保證靜水壓爆破試驗(yàn)的連續(xù)性和結(jié)果的準(zhǔn)確性。

靜水壓爆破系統(tǒng)屬于計(jì)量型器具，只需對(duì)其測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性、偏倚、線性、重復(fù)性和再現(xiàn)性進(jìn)行分析。

計(jì)量院每年一次對(duì)靜水壓爆破系統(tǒng)進(jìn)行檢定/校準(zhǔn)，從而保證偏倚和線性的要求；由于靜水壓爆破系統(tǒng)是自動(dòng)采集數(shù)據(jù)并顯示在電腦屏幕上，操作人員對(duì)測(cè)量結(jié)果影響不大，所以測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性和再現(xiàn)性對(duì)測(cè)量結(jié)果無(wú)影響。因此，對(duì)靜水壓爆破系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量控制，只需對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，即測(cè)量值作SPC控制圖即可。

統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(簡(jiǎn)稱SPC)是應(yīng)用統(tǒng)計(jì)技術(shù)對(duì)過(guò)程中的各個(gè)階段進(jìn)行評(píng)估和監(jiān)控，建立并保持過(guò)程處于可接受的并且穩(wěn)定的水平，從而保證產(chǎn)品與服務(wù)符合規(guī)定的要求的一種質(zhì)量管理技術(shù)。SPC控制圖是區(qū)分過(guò)程中的正常波動(dòng)和異常波動(dòng)，并判斷過(guò)程是否處于控制狀態(tài)的一種工具。

正常波動(dòng)是由過(guò)程中的普通因素造成的，對(duì)過(guò)程影響很微小，使過(guò)程輸出結(jié)果呈現(xiàn)統(tǒng)計(jì)規(guī)律性并可預(yù)測(cè)(即穩(wěn)態(tài))，且限制在一定范圍之內(nèi)。當(dāng)一個(gè)過(guò)程只有普通因素造成的正常波動(dòng)，我們稱這個(gè)過(guò)程處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)，即受控狀態(tài)(統(tǒng)計(jì)穩(wěn)態(tài))。處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)的過(guò)程稱為受控過(guò)程或穩(wěn)定過(guò)程。

異常波動(dòng)是由特殊因素造成的，特殊因素雖然并不大量存在，但一旦出現(xiàn)，其造成的異常波動(dòng)就會(huì)過(guò)程產(chǎn)生顯著影響，并使過(guò)程輸出結(jié)果的規(guī)律性被破壞，從而使過(guò)程失控。所以過(guò)程中的異常波動(dòng)和造成異常波動(dòng)的特殊因素是我們關(guān)注的對(duì)象，一旦發(fā)生，就應(yīng)該盡快找出，采取措施加以消除，保證它不再出現(xiàn)。

1.1 確定控制對(duì)象

根據(jù)SY/T5992—2012《輸送鋼管靜水壓爆破試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)該對(duì)靜水壓爆破試驗(yàn)這一過(guò)程進(jìn)行控制，控制點(diǎn)應(yīng)該是傳感器測(cè)量值的重復(fù)性。因此只需規(guī)定的時(shí)間間隔(如3個(gè)月或者半年)對(duì)傳感器測(cè)量值進(jìn)行一組測(cè)定，把計(jì)算結(jié)果繪制成SPC控制圖，就能判斷測(cè)量系統(tǒng)是否受控。

1.2.1 準(zhǔn)備工作

選取一個(gè)精度高于靜水壓爆破系統(tǒng)傳感器精度的壓力表(簡(jiǎn)稱“校準(zhǔn)表”)，通過(guò)檢定合格后方可使用，作為加壓時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)壓力值，并對(duì)靜水壓爆破系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量記錄。挑選一根鋼管，將校準(zhǔn)表與壓力傳感器并聯(lián)接入水壓管路中，如圖3所示。同時(shí)將靜水壓爆破設(shè)備和校準(zhǔn)表的值調(diào)整到零刻線，這是開始往鋼管中注水加壓。

圖3 校準(zhǔn)表與靜水壓測(cè)量系統(tǒng)連接圖

1.2.2 收集數(shù)據(jù)

為了建立SPC控制圖，需要進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集的原則：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)該大于等于25組，建議30組最佳，根據(jù)國(guó)標(biāo)推薦樣本量為4或5個(gè)。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集的方法：將低壓水泵開啟往鋼管中注水，當(dāng)校準(zhǔn)表的壓力達(dá)到10 MPa時(shí)，停止注水，保持一段時(shí)間，等壓力值穩(wěn)定后記錄電腦上壓力傳感器的數(shù)值，然后泄壓，重復(fù)以上過(guò)程，每隔一小時(shí)收集一組數(shù)據(jù)，一組數(shù)據(jù)的樣本量為5個(gè)。并計(jì)算出樣本平均值和樣本極差，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集見表1。

1.2.3 計(jì)算控制限

極差R控制圖控制限的計(jì)算：

根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和控制限繪制均值圖和極差圖，如圖4、圖5所示。

表1 收集數(shù)據(jù)

圖4 均值圖

圖5 極差圖

2 利用控制圖進(jìn)行靜水壓爆破測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

如果遇到控制圖判斷準(zhǔn)則中的八種情形：即一個(gè)點(diǎn)落在控制限以外、連續(xù)九個(gè)點(diǎn)落在中心線同一側(cè)、連續(xù)六個(gè)點(diǎn)遞增或遞減、連續(xù)十四個(gè)點(diǎn)中相鄰點(diǎn)交替上下、連續(xù)三個(gè)點(diǎn)中有二個(gè)點(diǎn)落在中心線同一側(cè)的B區(qū)以外，連續(xù)五點(diǎn)中有四點(diǎn)落在中心線同一側(cè)的C區(qū)以外、連續(xù)十五點(diǎn)落在中心線兩側(cè)的C區(qū)內(nèi)、連續(xù)八點(diǎn)落在中心線兩側(cè)且無(wú)一點(diǎn)落在C區(qū)，說(shuō)明測(cè)量系統(tǒng)不穩(wěn)定，則應(yīng)找出引起不穩(wěn)定的特殊因素，采取措施予以消除。然后再重新收集數(shù)據(jù)，制作控制圖，直到測(cè)量系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

3 結(jié) 論

1)利用MSA技術(shù)對(duì)靜水壓爆破測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量控制，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)理論知識(shí)預(yù)測(cè)靜水壓爆破測(cè)量系統(tǒng)是否有能力滿足測(cè)量要求，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量；

2)建議SY/T 5992《輸送鋼管靜水壓爆破試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)中，引用此方法進(jìn)行靜水壓爆破測(cè)量系統(tǒng)的質(zhì)量控制；

3)這種質(zhì)量控制方法簡(jiǎn)單，利用EXCEL軟件制作成控制圖模板，只需試驗(yàn)人員將數(shù)據(jù)填入表中即可判斷測(cè)量系統(tǒng)是否滿足要求，對(duì)實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)控制效率高。

[1] 劉洪飛.螺旋縫焊管靜水壓爆破試驗(yàn)分析[J].檢測(cè)技術(shù),2011,40(6):60-64.

[2] 賈 楠.統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制中控制圖在企業(yè)質(zhì)量管理中的應(yīng)用研究[D].天津大學(xué)機(jī)械學(xué)院，2015年.

[3] 季亞玲.葉片加工質(zhì)量SPC及質(zhì)量信息管理系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].江南大學(xué)，2009年.

[4] 于偉華.油管靜水壓試驗(yàn)裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].中國(guó)石油大學(xué)(華東)，2006年.

[5] 陳 宏.測(cè)量系統(tǒng)分析在實(shí)驗(yàn)設(shè)備質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2011,30(11):172-176.

Quality Control Method of Hydrostatic Burst Testfor Pipeline Steel Pipe

FAN Wei, CUI Yanxia, MENG Dan, HAN Xinli, HUANG Chengshuai

(CNPCTubularGoodsResearchInstitute,StateKeyLaboratoryofPerformanceandStructuralSafetyforPetroleumTubularGoodsandEquipmentMaterials,Xi′an,Shaanxi710077,China)

The effects of pressure difference from Hydrostatic burst measurement system on the measuring result were studied with application of MSA technology. The quality control can be realized through analysis about the deviation, linearity, stability, repeatability, and reproducibility of measurements system, which is an effective control method. The hydrostatic burst measurement system is evaluated if the system can work properly and guarantee the quality of measured data per statistics principles.

hydrostatic burst test; quality control; control chart

范 煒，男，1984生，2008年畢業(yè)于河北工程大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)從事管線鋼的性能檢測(cè)與研究工作。E-mail:fanwei008@cnpc.com.cn.

TB

A

2096-0077(2017)02-0052-03

10.19459/j.cnki.61-1500/te.2017.02.012

2016-06-08 編輯：葛明君)