施工中常见的管件质量问题以及解决方法

管件特别是三通、弯头及大小头等在管道工程建设过程中使用越来越普遍，这主要是由于其具有成形好、耐压能力强、焊接形式简单等特点，以保证管道的承压能力，所以在工艺管道工程中特别是在石油化工等高温高压及易燃易爆管道中，管件的合理使用以及管件本身质量的好坏直接起着举足轻重的作用。 正固如此，在管道设计、安装过程中特别是在石油化工行业高温高压及易燃易爆管道工程中，无论从设计选型还是加工制造，直到建设安装及检验的每一个环节，设计 制造和安装单位人员要严格把关，保证其选型、用材、制造、安装及检验的质量，否则在装置建设及生产过程中会造成难姒估量的损。 失从施工过程中，我们发现管件到货的质量主要存在以下几个方面的问题 1 管件的壁厚不均管件壁厚不均主要发生在管件变形最大的部位．如弯头背部的壁厚薄于其他部位；管口与管件体的壁厚不等。国家有关标准中规定．管件的壁厚减薄量最大不得超过其名义厚度的1 2、5 ，但在现场实测发现，有些壁厚减薄量达到了2o ～30 。对于此类问题的检查，用一般的卡尺等测量工具往往难以发现，此时只有使用超声测厚仪才可测出。 2 硬度超标硬度超标问题的产生，主要是由于成形后的热处理工艺问题 其解决的方法是用正确的热处理工艺再进行一次热处理．此问题一般都可以解决 3 材料及加工过程中所产生的缺陷此类问题对装置的安全危害最大．检查起来又比较麻烦。产生缺陷的因素比较多也比较复杂，它既有材料本身的缺陷又有加工制造工艺问题以及热处理工艺的不正确所造成的缺陷。那么它们为何产生安全上的危害，如何避免此类问题的发生呢?现以三通为例对此逐一做一分析。 3．1 原材料的问题我们知道，对于承受高温高压及易燃易爆介质的管件来说．原材料的质量如何，直接影响到管件的质量 用于制造此类管件的管材，对于碳钢管来说，多数采用GB531 0— 85《高压锅炉用无缝钢管》、GB6479—86《化肥设备用高压无缝钢管》 GB9448— 88《石油裂化用无缝钢管》以及GB81 63—87{输送流体用无缝钢管》等标准规定的材料。对于这类钢管，钢厂应对其逐根进行水压试验。对于大中型钢来说，往往用涡流或超声渡探伤(uT)代替水压验，如严格按国家及有关标准来检验，管材的质量还是可以保障的。但有时难免会出现漏检、误检，更有甚者由于管材进货渠道混杂，有些根本未经检验的原材料进入到了流通领域，因此，对于到货后的管材特别是非批量从钢管厂直接购进的材料．除应按标准进行全面复检外，还应增加复检的比率，甚至逐根检查 但是．从我们接触过的多家具有规模的管件制造广的调查来看，许多制造厂对购进的管材的复检把关不严，盲目信从材料的出厂质量证明书(值得注意的是，有些出厂质量证明书的真伪就存在问题)，而仅双墩管材的外观检查 用这些不合格管材制成的管件，其质量难以得到保证。加之目前许多制造厂的检验手段既不先进又不太完善 因此有些不合格的管件就很容易作为合格产品出厂，如在天津石化公司炼油厂加氢精制装置中就遇到此类问题。在管线安装完毕后打压的过程中，有～ 件机14mm×7ram 的三通，在压力升至llMPa时固颈部开裂而泄漏，泄漏部位如图l所示。图1 泄漏部位示意图经测量其为一贯穿性裂纹，裂纹长度为21mm．我们对此裂纹做了以下几种分析： a)化学成分通过化学成分分析及仲裁复验，确定了其中的碳元素含量和锰元素含量偏高(c 0．26 ；Mn：1．27 ，选用材质为2O号碳钢)； b)力学性能正常2O号钢管的 为410～ 550MPa，而实测实物的 =570MPa； 12)金相组织通过对三通断口和直管部分正常部位的观察，发现其珠光体的比例明显高于正常的20号钢，这与其含碳量较高有关。而且其含碳和锰量过高，势必对三通的加工性能产生影响。三通材质的金相组织见图2。三通内外壁表面金相见图3 3．2 加工工艺问题目前国内制造厂商的加工成形一般都采用下面几种方式： (1)冷冲压成形； (2)热冲压成形； (a) 4ram管正常部位(轧向)F—P (h)~1]4mm 管正常部位(横向 P (e)~61mm 管裂纹断VI处(横向JF P (d)图2(c)的放大F P 图2 三通材质的金相组织 (3)油压成形施工中常见的管件质量间题及解决方法 (a）内壁表面F P (b) 外壁表面F P 图3 三通内外壁表面金相组织对于直径较大、壁厚较厚的三通来说，多采用后面两种成形方法，而这两种方法的成形时间一般需要1～2分钟，甚至有的可达3分钟。在这几分钟当中，如何保持温度的相对稳定，对于管件的质量来说是关键问题，如温度差异过大，会造成钢纤维组织流动不均衡，尤其对于变形较大的部位．因其产生较大的塑性变形，如温度过低会造成冷做硬化现象而产生脆性破坏。这一现象可通过对前述三通开裂的 下实验分析予以证实解剖后的内外壁裂纹形貌见图4。断口宏观形貌见图5。从金相组织看，三通管有明显的带状组织，其断El处(横向)的带状组织比正常部位的带状组织更明显，这表明该部位经历了较大的塑性变形对断口(横向)处高倍观察，珠光体形貌特征正常，未观察到碳化物的聚集和球化，这表明了三通在挤压成形中的温度较低。从图3可见，三通外壁表面浅层(约0．4～0．7ram)带状组织不明显，而内壁带状组织十分突出。这表明了三通外壁温差较大．温度较高而冷却速度较快。从三通实物宏观图中可见，在三通挤压成形时应变最大部位(即三通的根部)附近有缺陷(裂源)，成形后内表面裂纹长度达40ram 左右．整个裂纹表面被较厚的氧化皮覆盖。从表层的颜色来看(淡黄、红紫、灰蓝、黑褐色等)应为Fe3O 。 (a)外壁裂纹形貌 (b)内壁裂纹形貌图4 内外壁裂纹形貌图5 裂纹断口宏观形貌由断El全貌(图5和图6)可见，断H被氧化皮覆盖，氧化皮长约45mm，几乎贯穿管壁，且裂纹层附近氧化物的颜色和管壁内表面氧化物颜色基本一致，说明裂纹源和内壁表面氧化物是在相同条件下形成的。此外，氧化物与基体结合紧固，即使经盐酸溶液清洗也难 去除，断口氧化物内侧边缘与内表面氧化物相连接，可表明氧化物是在同一环境下形成的。以上大量实验结果证明．此三通在热挤压成形时由于加工工艺的缺陷导致了表面缺陷处(裂纹源)的应力集中，使裂纹扩展直至接近贯穿且裂纹断El平滑，具有瞬时性断裂断El特征 裂纹扩展走向和挤压三通时变形的行迹一致。这些都说明了裂纹是在i通挤压过程中形成的图6 裂纹低倍断口形貌 3．3 成形后的热处理三通成形后的最终热处理能显著地提高钢的机械性能．特别是对于加工方法不太先进的三通制造厂来说，选择正确的热处理制度和工艺尤其重要。在GB12459—90“钢制对焊无缝管件”中规定r冷成形的碳钢管件要进行正火或退火热处理。那么究竟选择哪一种热处理，尤其选择哪种退火制度为好，标准中并无选择或说明，这要根据制造工艺来决定。笔者认为，无论选择哪一种热处理制度其目的就是提高管件的机械性能，增加其强度。管件在冷挤压成形过程中，钢的组织会因其较大的塑性变形而产生很大的变化，如；带状组织明显、晶粒粗大、晶界错位、界面滑移等等。这些组织上的变化对于钢的切削加工及使用性能都有很大的影响。要想克服这些不利的变化就应通过热处理彻底改变这些变化了的组织结构，使其晶粒细化，组织均匀。要达到这一目的，就必须使用正火或退火中的完全退火工艺来实现。许多管件制造厂商并未完全认识到这一点．出于某种考虑，他们只对成形后的管件进行了旨在消除应力的退火热处理，而这种退火并未从根本上改变管件的金相组织和性能，也就难以保证管件的质量。 4 管件出厂前及到货后的检验对于作为确保管件质量的最后一道工序，检验扮演着重要的角色，尤其对于承受高温高压及易燃剧毒介质的管件来说，检验过程尤为重要。目前，管件出厂前多进行外观尺寸、硬度、厚度及磁粉探伤(MT)、超声波探伤(uT)的检查，从对到货的管件进行检验来看，问题出现最多的就是磁粉探伤和超声波探伤的检验。对于磁粉探伤来说，制造厂多使用磁轭法(碳钢管件)。但因受设备限制，这种方法大多局限于管件的外表面，而问题出现最多的恰恰是在管件的内壁，对于这一部分往往出现的裂纹尤其是小直径管件内壁的裂纹，应采用磁棒法或涡流法来进行检验超声波探伤检验是一项对设备及技术有很高要求的检验项目，这是因为： 1)它要求操作者应有较高的技术及丰富的经验，对检查出的缺陷应给予是属于裂纹还是其他欹陷的判定，做到不漏检、不误判。 2)它对检测设备特别是对探头要求比较高，对于许多变形较大的部位(如三通的两个肩部)及直径在DNS0mm 以下的管件，多数检验人员所常用的国产直探头来检验就容易出现漏检，甚至无法检验通过现场实践发现，对于以上的这些难点，采用直径在10mm 以下的双晶探头，用横渡斜入法，效果较好通过以上的实验及分析，我们掌握了一些管件破坏的原因及避免方法。其目的就是要让优质的管件用于工程建设中，以满足石油化工工程建设的需要。