加氫裝置高壓管道的可施工性分析

黃 峰

中化泉州石化有限公司 福建泉州 362103

可施工性是將施工知識和經驗最佳地運用到項目的策劃、設計、采購和現場操作中，以實現項目的總體目標；是在項目不同階段，通過可施工研究，達到滿足施工的實際需求，實現降低成本、加快進度和達到本質安全質量，保證項目的整體目標實現?，F以加氫裝置的高壓管道為對象，針對管道材料、焊接性、熱處理、無損檢測、試壓和氣密等關鍵工序進行可施工性分析。

1 高壓管道的特點和難點分析

高壓管道系統在操作上具有高溫高壓、臨氫、富含H2S、介質腐蝕性強等特點。管道設計需要采用大口徑厚壁管（最大的管道在DN600 以上，厚度超過60mm），選用TP347 或TP321 的等特殊材質材料，材料的制造難度大、周期長，部分需要進口。

在施工中存在以下難點：

（1）焊接和熱處理難度大、要求高、工序復雜。TP347 屬于奧氏體不銹鋼，焊接過程對于層間溫度的控制要求嚴格；管道屬于厚壁管，需要采取多層、多道焊接，焊接的時間長、工序多；焊后的穩定化熱處理易產生再熱裂紋。

（2）大口徑厚壁高壓管道的現場固定焊口檢測難度大。如無法采用中心透照方法進行RT 檢測，需使用雙壁單影方法進行RT 檢測，需要長時間的曝光，散射線引起的膠片感光占比過高，底片灰霧度較大，檢測靈敏度不足，對于檢測的質量和工程進度都有較大影響；根據實際情況，需要在規范允許的范圍內采取其他檢測方法，或采取多種檢測方法組合對現場固定焊口進行無損檢測。

（3）管道的試驗壓力高，試壓難度大。高壓管道系統的設計壓力和溫度高，在常溫狀態下進行管道壓力試驗需進行溫度系數折算，折算后管道系統的試驗壓力較高。

（4）高壓系統的氫氣氣密要求高。

（5）高壓系統管道使用大口徑厚壁材料，預制完成的管段、閥門重量大，需要使用大型吊車吊裝就位。

2 可施工性分析

2.1 管道焊接和熱處理的分析

管道材料的選用對于材料制造、現場焊接、熱處理的影響較大。加氫裝置的高壓管道采用大口徑厚壁管，對于關鍵的高溫高壓、臨氫部位采用TP347 等奧氏體不銹鋼材料，這就要從材料選用、制造及進場檢驗、焊接質量管控、熱處理技術要求等方面來實現可施工性，從而保證整體施工質量。

2.1.1 材料選用、制造

設計階段做好特殊材料的選擇，明確TP347 等特殊材料的技術要求、制造工藝、制造過程控制，做好進場檢驗，保證材料的可焊接性。針對TP347 管件在制造階段易出現晶粒粗大的問題，為避免影響現場的焊接性能和穩定化熱處理，在設計階段提出明確的技術要求，重點參數是非金屬夾雜物、金相組織和晶粒度。在制造階段按對技術要求的執行，對鋼管和管件的管坯逐根做晶粒度和非金屬夾雜物的檢測；對管件成品逐件做晶粒度檢測；并加強對鋼管和管件尺寸偏差的控制。材料制造過程中，通過監造、飛檢、首檢等多種手段，加強制造過程的質量控制。

2.1.2 材料進場檢驗

材料進場后，要檢查清單與實物、外形尺寸、標識、質量證明文件等；原材料入庫前和安裝前實施100%半定量材質復驗，標識、建立臺賬，并進行全定量的抽檢；對管子和管件進行100%的PT 檢測；進行100%的晶粒度覆膜檢測；對管道原材料進行非金屬夾雜物、金相組織和晶間腐蝕抽檢。

2.1.3 焊接質量的管控分析

坡口加工采用機械加工，并進行PT 檢測。焊接時采用多層多道焊接工藝，焊接過程注意控制線能量的輸入和層間溫度。對焊接過程實施監理人員全程旁站，并加強過程抽檢，對每道焊縫的焊接工作記錄簽字確認，原始焊接工作記錄每天掃描存檔。加強對焊工的首道焊口檢驗：每名焊工在焊接首道焊口時，焊接打底完進行PT 檢測，填充到25mm 時進行第一次射線檢測，焊接完成后進行第二次射線檢測。

2.1.4 焊口的熱處理

（1）碳鋼的高壓管道按照規范要求進行焊前預熱、焊后熱處理；對于有延遲裂紋傾向的管道，在熱處理完成后24h 進行RT 檢測和PT 檢測。

（2）奧氏體不銹鋼的穩定化處理、固溶處理。目前，在高壓臨氫系統中，主要使用的奧氏體不銹鋼材質有TP321/ TP321H、TP347/ TP347H。但在近幾年的加氫裝置施工過程中，對于TP347 材質的管道在進行焊后穩定化熱處理時，不同程度的出現了再熱裂紋的情況。對于這類材質管道的熱處理要求，一是按照設計文件要求；二是參照規范NB/ T10068- 2018《含穩定化元素不銹鋼管道焊后熱處理規范》執行；三是根據熱處理的實際情況，由業主組織專家討論，取消現場焊口的穩定化熱處理。

2.2 大口徑厚壁管現場固定焊口無損檢測

2.2.1 檢測方法可施工性分析

（1）規范SH3501- 2011 第7.5.13 條要求：管道的名義厚度小于或等于30mm 的對接焊縫，應采用射線檢測，當由于條件限制需改用超聲檢測時，應征得設計和建設/ 監理單位的同意；名義厚度大于30mm 的對接焊縫可采用超聲檢測。

（2）RT 檢測的方法分析：對于典型的大口徑厚壁管現場固定焊口，無法使用中心透照方法進行RT 檢測的，需使用雙壁單影透照的方法進行。例如Φ610mm×52.37mm 焊口現場常用的Ir192（放射源活度60～80 居里），射線拍片計算時間如下：每道焊口需要拍片8 張，每張片曝光時間8h,每道焊口需要拍片8d 時間（夜間作業8h）。曝光時間過長，射線檢測的曝光時間隨透照厚度成指數增長（厚度每增加10mm，曝光時間大約增加1 倍），引起膠片感光的射線中散射線所占比例過高，信噪比過低，底片灰霧度過大，靈敏度低，危害性較大的面積性缺陷（如裂紋）難以發現。

（3）使用超聲波進行檢測：由于奧氏體不銹鋼只能使用一次波進行檢測，所以焊縫需打磨至與母材齊平，否則會阻擋探頭移動，造成焊縫中靠近外表面的部分區域無法檢測；奧氏體晶粒粗大，會引起一定的反射回波，形成“噪聲”，使得信噪比降低，真實缺陷可能被噪聲掩蓋而漏檢。雖然存在上述缺點，但在選用合理的縱波斜探頭，配以相應的對比試塊和模擬試塊的情況下，使用脈沖反射法超聲檢測（手工超聲）和相控陣超聲檢測相結合時，還是能檢出奧氏體不銹鋼中的大部分危害性缺陷，缺陷檢出率依然要高于雙壁單影法射線檢測。

（4）使用TOFD 進行檢測：在超聲類檢測方法中，TOFD 使用的是衍射波，對細小缺陷較為敏感，奧氏體不銹鋼的粗大晶粒引起的“噪聲”過于明顯，所以TOFD 檢測方法不適用于奧氏體不銹鋼。

（5）對比分析檢測方法：對于厚度較薄的工件，射線檢測靈敏度較高，比超聲檢測有優勢，所以標準中規定30mm 以下的管道應使用射線檢測；對于厚度較厚的工件，射線檢測靈敏度顯著降低，超聲檢測的靈敏度相對高于射線檢測，所以標準中規定30mm 以上的管道可使用超聲檢測代替射線檢測。

2.2.2 無損檢測采取的應對措施

（1）原則上對接焊縫應在焊接接頭全部填充蓋面后進行RT 檢測，對于管道壁厚大于30mm 的焊口，可根據現場實際情況采用多種檢測方法結合進行檢測。

（2）對厚壁管線焊接接頭要求施工單位盡最大可能創造條件，滿足焊口采用放射源中心透照的RT 檢測方法。

（3）對管線壁厚≤30mm 的焊接接頭，在全部焊接后應全部采用RT 檢測，其中現場的固定焊口采用放射源雙壁單影透照方式進行RT 檢測。

（4）對于壁厚＞30mm 的碳鋼、合金鋼材質管道：氬弧焊打底焊完后實施100%PT 檢測；采用打底+ 填充焊層厚度達到10～15mm 時，進行第一次RT 檢測，焊接完成后采用TOFD 的方法檢測；對于不能采用TOFD 檢測的管件、法蘭焊口采用UT 方法檢測。

（5）對于壁厚＞30mm 奧氏體不銹鋼材質管道：氬弧焊打底焊完后實施100%PT 檢測；焊接完成10～15mm 厚度時，實施100%的RT 檢測；完成全部填充蓋面后，實施100%的UT+PAUT+PT 檢測。

（6）對于實施100%PAUT 檢測的奧氏體不銹鋼管道焊口，應選擇相應的檢測探頭、對比試塊，檢測人員也應具備相關檢測經驗，并編制專項檢測方案；還要選擇抽檢部分焊口進行RT 和PAUT 的對比驗證，這些焊口應包含現場的固定焊口和預制焊口（宜優先選擇RT 檢測II 級合格的內部有不超標缺陷的焊口，共選5 道焊口）。

2.3 高壓管道系統試壓分析

高壓管道系統有試驗壓力高、盲板不易安裝、拆裝困難的問題，同時要考慮高壓管道所有法蘭面參與水壓試驗，減少拆裝和后續高壓管道高壓氣密所用時間，應盡量形成大的試壓系統。在設計階段應考慮高壓管道如何劃分試壓系統，管道要和設備一起試壓，管道的試驗壓力、試壓包劃分與設備設計壓力、試驗壓力的匹配，以及是否要增加拆卸法蘭。

（1）對于不能隔離的高壓換熱器、空冷器，應考慮與管道系統一起試壓；對于該部分設備的試驗壓力不低于管道系統試驗壓力的77%（按照SH3501 第8.1.8條），必要時提高設備的設計壓力。

（2）對于有壓差設計要求的高壓換熱器，對管板的設計壓力、管程和殼程的試驗壓力、設計的壓力差值應與各自的管道試壓系統相匹配。

（3）管道材質的選用除考慮操作溫度、壓力外，還需要統籌考慮系統的試驗壓力，必要時提高材質選用等級。

（4）加熱爐爐管的設計壓力、試驗壓力與進出口管道系統試驗一致。

（5）需要與管道系統一起試壓的高壓部件，包括閥門、儀表件、取樣接口等的設計壓力與管道系統試驗壓力一致。

2.4 系統氣密的分析

高壓管道系統的氫氣氣密是工程質量最終檢驗的重點、難點，通常采取以下步驟保證系統的氣密性。

2.4.1 設計階段

設計階段優化靜密封點的設置，減少高壓法蘭的數量；優選焊接閥門；設備接口在滿足檢修的要求下，與管道也采用焊接的形式。

2.4.2 安裝前

安裝前加強對高壓管道材料的入庫檢查（外觀檢查、100%光譜檢測）、法蘭面檢查、維護和保管、金屬環墊的密封面/ 線檢查、連接螺栓的檢查，以及材料領用管理（按需、每日限額領用）。

2.4.3 安裝過程

在安裝過程中，高壓系統的靜密封點通過采取以下措施后，在氫氣的檢測中未出現泄漏的情況。

（1）規范靜密封點檢查程序：密封面完整性檢查→螺栓螺母清洗及檢查→法蘭對中回裝檢查→墊片表面及安裝檢查→法蘭施工緊固過程檢查→緊固結果檢查。

（2）加強安裝過程對密封面的檢查力度。組成以生產為主，監理、總包、施工參加的檢查小組，對密封面和金屬環墊逐個檢查合格后方可正式安裝。法蘭密封面重點檢查油霧銹蝕、凹痕和劃傷等缺陷，如有輕微缺陷，可通過研磨進行處理，對于缺陷嚴重的密封面采取現場機加工處理。

（3）優化試壓、吹掃程序，減少拆裝，確保全部靜密封點參與系統水壓試驗。試壓包與吹掃系統的劃分和實施必須緊密配合、銜接，減少拆裝工作量；管道的安裝、試壓與后期吹掃、沖洗配合，高壓管道采用先行吹掃再試壓的方案，對管道上如軌道球閥等內潔要求較高的閥門下線，由生產部門組織分段進行吹掃，吹掃完成一段，閥門回裝一個，保證全部靜密封點能夠參與水壓試驗，并不再二次拆裝。

（4）所有靜密封點采用定力矩緊固。通過選用專業的定力矩緊固單位，對高壓螺栓的緊固力進行計算，遵循同步緊固、順序緊固、分級加壓緊固的原則完成。

2.5 裝置總體平面布置的分析

高壓系統管道使用大口徑厚壁材料，每段管子管件、每臺閥門的重量大，需要使用大型吊車吊裝就位。設計階段對于裝置的平面布置，要考慮與大型設備運輸、吊裝結合，減少大件設備的吊裝影響范圍，還要考慮管廊、框架、檢修場地的設置是否有利于遠距離管道的吊裝。

3 可施工性分析的組織實施

3.1 開展可施工性分析的時段

在基礎設計、詳細設計和采購階段開展可施工性分析，每個階段分析的側重點、每個需要分析的內容并非一個階段就能全部解決，需要在不同的階段逐步深入的進行，直至最后圓滿完成施工，才真正實現了設計意圖，達到項目建設目標。

3.2 可施工性分析的組織

開展可施工性分析可以有研討會、論證會、評審會、調查訪問等多種形式，一般由業主或EPC 總承包單位來組織，可以邀請同行業專家、潛在的施工承包商、設備材料供應商和項目管理公司等參加。

4 結語

石化項目的特點、難點往往就是工程的關鍵點、關鍵路線，影響著項目的總體進展。通過對工程特點、難點的可施工性分析，解決項目實施中的瓶頸問題，最終達到加快進度，實現本質安全，保證質量，降低成本的目的，進而保證項目的整體目標實現。