老舊工業(yè)管道事故分析及典型缺陷探討

徐群建，洪若云，楊雄，劉徐鑫

（浙江巨化清安檢測(cè)科技有限公司，浙江 衢州 324004）

我國(guó)化工裝置設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)工業(yè)管道的要求越來(lái)越高，但工業(yè)管道的監(jiān)管一直落后于其他特種設(shè)備，存在非常嚴(yán)重的危機(jī)。1996 年，揚(yáng)州管道煤氣爆炸造成19 人離世，事故轟動(dòng)全國(guó)。在這起事故之后，為保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全，國(guó)務(wù)院進(jìn)一步強(qiáng)化壓力管道檢查的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)時(shí)的勞動(dòng)部在該年印發(fā)了《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定》[1]。2003年頒布了《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》及國(guó)務(wù)院412 號(hào)令明確了對(duì)壓力管道設(shè)計(jì)、制造、安裝、改造、維修、使用和檢驗(yàn)的有關(guān)要求[2-3]。但是2003 年之前的老舊管道數(shù)量多、系統(tǒng)大，且這部分老舊管道的組成和支承件采用的材料并不統(tǒng)一，品質(zhì)不過(guò)關(guān)，存在安全問(wèn)題；資料不全或者缺失；再加上機(jī)理?yè)p壞、材料無(wú)實(shí)際作用等諸多難題讓定期檢驗(yàn)工作難以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

因此選擇200個(gè)老舊工業(yè)管道事故作為研究案例，對(duì)其展開(kāi)探索剖析。結(jié)合某廠300條老舊工業(yè)管道進(jìn)行定期檢驗(yàn)，針對(duì)在焊接方面存在的顯著問(wèn)題，提出相應(yīng)的解決方案，以給老舊管道定時(shí)檢修提供借鑒。

1 事故分析

為了綜合分析老舊管道的問(wèn)題，對(duì)全國(guó)老舊工業(yè)管道200 起事故進(jìn)行分類和總結(jié)，如表1 所示，歸納為5個(gè)方面主要原因。

表1 全國(guó)200起老舊工業(yè)管道事故分析Tab 1Analysis of 200 old industrial pipeline accidents nationwide

1.1 設(shè)計(jì)錯(cuò)誤

設(shè)計(jì)單位資質(zhì)和人員素質(zhì)不高，導(dǎo)致所選的材料難以滿足現(xiàn)場(chǎng)的工況。主要有：1）應(yīng)力分析計(jì)算錯(cuò)誤；2）設(shè)計(jì)時(shí)候未考慮到泵或者壓縮機(jī)等設(shè)備振動(dòng)加速管道裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致失效因素；3）未設(shè)計(jì)出科學(xué)的管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，致使很多管道出現(xiàn)接觸碰撞；4）沒(méi)有選擇科學(xué)的支承件類別，導(dǎo)致管道部分管段應(yīng)力集中、繞曲變形等問(wèn)題。

1.2 制造質(zhì)量低

管道元件品種繁多，大部分都由小工廠制造，產(chǎn)品質(zhì)量尚未有效保證。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，閥門、管件（三通、彎頭）、法蘭、墊片等最容易在使用中產(chǎn)生問(wèn)題的組成件，與此同時(shí)，無(wú)縫管還存在各環(huán)節(jié)厚薄不一的情況，管件焊縫出現(xiàn)斷裂等重大問(wèn)題。

1.3 安裝不合格

老舊工業(yè)管道現(xiàn)場(chǎng)焊接缺少監(jiān)督檢驗(yàn)，當(dāng)時(shí)很多安裝壓力管道的單位根本沒(méi)有相匹配的施工資質(zhì)，甚至很多單位私自焊接安裝，致使管道焊接存在安全問(wèn)題，如夾渣、裂痕等質(zhì)量問(wèn)題；由于當(dāng)時(shí)的施工單位缺乏基本的專業(yè)素質(zhì)，沒(méi)有科學(xué)的施工計(jì)劃，隨意更改設(shè)計(jì)圖紙，材料隨意選擇、管口隨意安裝等，從而引發(fā)安全事故。

1.4 管理不善

監(jiān)督管理缺失，企業(yè)對(duì)工業(yè)管道管理不重視，相關(guān)的管理制度不全，普遍存在違章作業(yè)，管理人員頻繁更換，不按相關(guān)法規(guī)進(jìn)行檢查和檢修。

1.5 管道腐蝕

管道局部腐蝕是普遍存在的，未定期對(duì)易腐蝕沖刷的管件進(jìn)行壁厚測(cè)定，沒(méi)有按照國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)選擇施工材料，防腐工作不到位，沒(méi)有定期檢查等，致使出現(xiàn)泄漏。

2 焊接缺陷及原因

對(duì)某公司合成氨車間300條壓力管道進(jìn)行定期檢驗(yàn)，介質(zhì)以甲胺、氨氣為主，其溫度在120～320 ℃，最高工作壓力在1.2～2.0 MPa，依照《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程——工業(yè)管道》將其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為GC1、GC2[4]。該管道于1999年投用，安裝時(shí)沒(méi)有監(jiān)督檢驗(yàn)，焊接質(zhì)量無(wú)保證。

共抽查2 100 個(gè)焊縫，射線檢測(cè)計(jì)6 300 張底片，依照NB/T 47013.2-2015進(jìn)行檢測(cè)[5]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)缺陷共828個(gè)，IV級(jí)缺陷626個(gè)，占到所有抽查底片的10%，缺陷類型分布比例如表2。

表2 壓力管道缺陷類型分布Tab 2 Distribution of pressure pipe defect types

2.1 表面氣孔

氣孔缺陷如圖1所示。

圖1 氣孔缺陷Fig 1 Porosity defect

從圖1來(lái)看，其問(wèn)題在于表面的氣孔，焊縫的實(shí)際工作范圍被氣孔明顯弱化，焊縫金屬結(jié)構(gòu)的密封性和持續(xù)性也都被損壞，甚至令塑性還不到50%。氣穴的作用是將焊接熔池內(nèi)不能及時(shí)逸出的氣體封存在焊縫內(nèi)。造成氣孔出現(xiàn)取決于：1）電弧設(shè)計(jì)不合理，太長(zhǎng)無(wú)法保護(hù)；2）埋弧焊、焊劑等受潮；3）沒(méi)有精純的氣體保護(hù)材料，氣體無(wú)法有效保護(hù)焊；4）坡口存在污染。

2.2 未焊透

未焊透缺陷如圖2所示。

圖2 未焊透缺陷Fig 2 incomplete penetration defect

從圖2來(lái)看，焊縫機(jī)械之所以強(qiáng)度不高，主要是因?yàn)楹缚p內(nèi)存在的未焊透，不僅影響強(qiáng)度，破壞內(nèi)部結(jié)構(gòu)，甚至?xí)霈F(xiàn)斷裂，有嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)。所謂未焊透可解為：熔焊過(guò)程之中，接縫底部并未全部熔化的情況。未焊透形成主要原因：1）焊接時(shí)偏離焊道中心；2）從角度和間隙來(lái)說(shuō)焊接坡口在這兩方面都較小，但鈍邊卻較大；3）焊機(jī)缺乏較大的電流，焊工焊接時(shí)過(guò)于追求速度，導(dǎo)致焊縫根部來(lái)不及熔化。

2.3 未熔合

未融合缺陷如圖3所示。

圖3 未融合缺陷Fig 3 Non-fusion defect

從圖3 來(lái)看，未熔合是非常嚴(yán)重的安全問(wèn)題。可以將未熔合理解為虛焊，應(yīng)力過(guò)于匯集在一起，在工作時(shí)很容易斷裂。造成未熔合現(xiàn)象取決于：1）沒(méi)有按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)焊接，電流、電弧、坡口角度、間隙等都存在過(guò)大或過(guò)小的問(wèn)題；2）沒(méi)有采取科學(xué)的運(yùn)用手法，如焊條的角度和擺幅、電弧、運(yùn)條速度等都過(guò)大或過(guò)小；3）沒(méi)有定期清理焊條、焊道，出現(xiàn)污染現(xiàn)象。

2.4 裂 紋

裂紋缺陷如圖4所示。

圖4 裂紋缺陷Fig 4 Crack defect

從圖4來(lái)看，裂紋有縱向裂紋、橫向裂紋、弧坑裂紋和放射裂紋等。本次檢驗(yàn)的主要問(wèn)題是橫向裂紋，這是冷裂紋的一類。造成冷裂紋現(xiàn)象取決于：1）選擇Q370R（15MnNbR）當(dāng)作管道的材質(zhì)，屬于合金鋼，在焊縫中有形成淬硬組織的可能，有冷裂紋傾向；2）焊之前沒(méi)有預(yù)熱，而焊之后也沒(méi)有熱處理，使焊接接頭中的氫來(lái)不及擴(kuò)散出來(lái)；3）裂紋形成的位置在焊縫T 字接頭縱縫的熔合線處，對(duì)于焊接接頭而言，熔合線十分薄弱，T 字接頭處焊接多次受熱，焊接應(yīng)力較大；T字接頭處是筒體組對(duì)部位,裝配應(yīng)力也較大，因此，該處存在較大的拘束應(yīng)力。

除了橫向裂紋還有縱向裂紋，一般縱向裂紋屬于熱裂紋的一類。所謂熱裂紋是指焊接時(shí)，焊接金屬冷卻之后到相線周圍融合區(qū)的裂紋。熱裂紋產(chǎn)生原因是：主要是熔池金屬中的S可與Ni形成低熔點(diǎn)共晶，熔點(diǎn)650 ℃，這一熔點(diǎn)之下，共晶物與雜質(zhì)結(jié)晶時(shí)，若出現(xiàn)嚴(yán)重的晶間偏析，并且在焊接應(yīng)力之下，順著晶界拉開(kāi)，從而出現(xiàn)熱裂紋。

3 結(jié)論與建議

老舊工業(yè)管道除了設(shè)計(jì)、安裝、改造等不規(guī)范存在的先天性缺陷還有使用中日常維護(hù)保養(yǎng)不重視，導(dǎo)致長(zhǎng)期帶病運(yùn)行；年度檢查和定期檢驗(yàn)實(shí)施沒(méi)有到位；檔案原始資料缺失，歷史追溯性差等問(wèn)題。針對(duì)管道事故以及焊接缺陷的分析，認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量低劣是造成事故的主要原因。

結(jié)合案例分析和老舊管道缺陷分析，建議老舊工業(yè)管道使用管理為：

1）構(gòu)建完善的壓力管道設(shè)計(jì)安裝等管理機(jī)制，定期進(jìn)行年度檢查；

2）建立壓力管道泄漏事故應(yīng)急預(yù)案；

3）委托具有資格的設(shè)計(jì)院，補(bǔ)齊相應(yīng)設(shè)計(jì)資料，到市場(chǎng)監(jiān)管局注冊(cè)[6]；

4）每月進(jìn)行至少1 次巡檢，每年至少1 次年度檢查，對(duì)有局部減薄部位進(jìn)行定期壁厚測(cè)定；

5）按期進(jìn)行定期檢驗(yàn)，做到應(yīng)檢盡檢。