壓力管道元件（法蘭）埋藏缺陷成因探討

李偉明

（福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院泉州分院，福建 泉州 362000）

1 前言

壓力管道是生產、生活中廣泛使用的可能引起燃爆或中毒等危險性較大的特種設備，壓力管道分布極廣，凡有流體輸送的場合一般都用壓力管道。石油、天然氣的長距離輸送，城鎮燃氣和公用動力蒸氣的輸送，各種石油、化工工業生產裝置等都有大量的壓力管道，確保壓力管道安全使用，對于保障人民生命和國家財產的安全具有特殊的意義[1]。

文中所述的環己酮壓力管道安裝項目，使用單位為莆田某石化公司，安裝單位為中化某建設公司，法蘭制造單位為泉州某機械制造公司，該安裝項目中前后共發現二片帶有埋藏缺陷的法蘭，分別為：（1）WN PN40 DN150帶頸對焊法蘭，材質為20，管道屬GC2級別，介質：蒸汽，設計溫度240℃；（2）WN PN25 DN80帶頸對焊法蘭，材質為20，管道屬GC1級別，介質：H2、N2、苯，設計溫度60℃。

根據檢驗方案要求，在壓力管道安裝完畢，外觀檢查，無損檢測合格后，應進行壓力試驗。

2 壓力管道檢測、試驗

（1）GC1級管道的檢查等級應不低于Ⅱ級，GC2級管道的檢查等級應不低于Ⅳ級，管道焊接接頭的內部質量采用射線探傷檢測，GC1級管道焊縫探傷檢查比例為20%，GC2級管道焊縫探傷檢查比例為5%。

（2）壓力試驗：應以液體為試驗介質，當管道的設計溫度高于試驗溫度時，試驗壓力應按下式計算。

式中： PT—試驗壓力（表壓）（MPa）；

P—設計壓力（表壓）（MPa）；

S1—試驗溫度下，管材的許用應力（MPa）；

S2—設計溫度下，管材的許用應力（MPa）[2]。

混凝活性砂過濾-臭氧脫色工藝在中水處理中的應用……………………………………………… 欒城梅，趙昕（7-161）

3 檢測結果

（1）WN PN40 DN150點焊時坡口旁產生環向褶皺，見圖1。

圖1 DN150法蘭環向裂紋

（2）WN PN25 DN80 水壓試驗時頸部產生泄漏，圓圈處可見噴射的水，見圖2。

圖2 法蘭頸部穿透性孔（圓圈處可見噴射的水）

4 原因分析探討

（1）WN PN40 DN150法蘭缺陷原因：環向褶皺。

法蘭套打過程中，模具應先進行預熱，使模具溫度接近坯料溫度，經查鍛造時鍛造師未按工藝要求進行充分預熱，造成坯料與模具間溫差過大，鍛造時錘頭把坯料從模具帶出，但鍛打時燒紅的坯料在模具中印了一道，第二次入模時，初次印的一道形成褶皺，致使法蘭頸部出現肉眼看不到的褶皺，由于模鍛加工余量少，在機加工過程中沒有加工出來，造成內部缺陷。示意圖見圖3。

圖3 WN PN40 DN150法蘭環向褶皺示意圖

第一錘鍛打，坯料到此處(A)被模具冷卻，坯料最外圈無法繼續變形。

第二錘鍛打，坯料中部未冷卻，繼續向下向外變形，已冷卻的部位（A）被包裹在內，形成褶皺。

（2）WN PN25 DN80法蘭缺陷原因：鑄造夾雜物是指在冶煉、澆注和鋼水凝固過程中產生或混入的非金屬相。非金屬相是一些金屬元素（如Fe、Mn、Al、Nb等）和Si，與非金屬元素（如O、S、N、P）結合而成的化合物。

夾雜物根據來源不同可分為外來夾雜、內生夾雜。外來夾雜來源于冶煉和澆注過程中，侵蝕或沖刷的耐火材料，混入鋼中的熔渣、原料帶入的污物、出鋼和澆注過程中鋼水的二次氧化產物等。內生夾雜來源于四個方面：脫氧時的脫氧產物；出鋼和澆注過程溫度下降平衡移動的生成物；凝固過程中溶解度降低、偏析而發生反應的產物；固態鋼相變溶解度變化生成的產物。

由于夾雜物的存在，破壞了鋼基體的連續性，造成了鋼組織的不均勻，影響了鋼的力學性能和加工性能。

鑄鐵中的夾雜物經鍛造壓力加工，沿加工方向延伸變形伸長，使鍛件產生帶狀組織，引起性能出現明顯的各向異性，使鍛件橫向力學性能明顯低于縱向力學性能，夾雜物的缺口敏感效應很明顯，在鍛件中起著缺口及應力集中的作用，因此降低鍛件的疲勞強度，導致鍛件過早損壞[4]。

5 整改措施

（1）安裝單位和使用單位應按照GB 50235-2010第4.1.3條規定“當對管道元件或材料的性能數據或檢驗結果有異議時，在異議未解決前，該批管道元件或材料不得使用”。在有明確結論前，立即暫停該批次法蘭的安裝及使用。

（2）安裝單位和使用單位應嚴格按照GB/T 20801.4-2006第5.7條規定：“抽樣檢查、檢測或試驗的管道組成件，若有一件不合格，允許按原規定數量加倍抽樣進行檢查、檢測或試驗。若仍有不合格，則該批管道組成件不得使用；或對該批管道組成件逐個進行檢查、檢測或試驗，合格者方可使用”。

（3）福建省特檢院莆田分院在安裝單位自檢合格基礎上，按比例進行符合性驗證抽查。

（4）把法蘭制造單位納入2019年度監督抽查范圍。

今年以來，泉州市市場監管局加大對危險化學品相關特種設備的治理力度，為深刻吸取江蘇響水天嘉宜化工有限公司“3·21”危險化學品爆炸事故慘痛教訓，嚴格落實危險化學品生產企業特種設備的風險分級管控和隱患排查治理工作主體責任，制造單位已把安裝于使用單位的YR1804批次共168片法蘭全部拆除召回。

6 注意事項

我國對壓力管道元件實行制造許可制度，未實行制造監督檢驗制度，在制造許可證的有效期內采取監督抽查，由于制造單位生產的壓力管道元件數量多、附加值低，必須落實制造單位的主體責任。

（1）對于鑄造制造單位，應力爭降低鋼中氧化物夾雜和硫化物夾雜。

首先，降低氧化物夾雜的途徑有：最大限度地減少外來夾雜物。提高原材料的純凈度；根據鋼種的要求采取合理的冶煉工藝、脫氧制度和鋼水的精煉工藝；提高電爐及澆注系統所用耐火材料的質量與性能；減少和防止鋼水二次氧化。

其次，降低硫化物夾雜的途徑有：降低入爐原料中的硫含量；采用合理的冶煉工藝及爐外精煉深脫硫技術；改變硫化物夾雜的形態和分布，使鋼水中以MnS為主的塑性夾雜物轉變為以稀土硫化物為主的球形不變形夾雜物。

（2）法蘭制造單位必須保證質量管理體系運行，明確質控體系責任人員，完善法蘭入廠驗收記錄，制造過程記錄，出廠檢驗記錄。

鑒于法蘭制造單位的鍛件大多采用分包形式，制造單位應對鍛件分包商制造的法蘭鍛件嚴格把關，鍛件分包商必須提供質量證明書，質量證明書中必須有鍛件的化學成分、機械性能、硬度、熱處理狀態、無損檢測等內容，必要時制造單位還應對批量的鍛件進行抽檢，抽檢結果應符合NB/T 47008-2017技術指標。