入庫管件質(zhì)量檢驗技術(shù)探討

白金亮

中國石油長慶油田分公司 技術(shù)監(jiān)測中心特種設(shè)備檢驗站 （西安 陜西 710021）

1 概 述

管件又稱管子配件，連接件、接頭零件，是壓力管道系統(tǒng)重要的組成件，是用來改變管道的方向、管徑大小、進行管道分支、局部加強、實現(xiàn)特殊連接等作用，主要包括彎頭、三通、大小頭、管帽及各種管接頭等。長慶油田在20世紀(jì)90年代之前，地面產(chǎn)能建設(shè)所使用的管件，大都采用現(xiàn)場制作，利用火焰加熱、切割，然后強力成型或敲打成型，如管道拐彎時采用蝦米彎頭或現(xiàn)場煨制彎管，分叉時采用主管道開孔，支管道管端加工成馬鞍狀組焊而成，大小頭采用氧氣加熱人工砸制，由于現(xiàn)場煨制的彎頭和大小頭經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)徑不符合要求，應(yīng)力集中嚴(yán)重，現(xiàn)場組焊的三通焊縫處應(yīng)力分布復(fù)雜，且無法采用超聲或射線檢測等弊端，管件質(zhì)量難以保障，造成這些部位成為整條管道的薄弱環(huán)節(jié)，曾發(fā)生多起安全事故。進入20世紀(jì)90年代之后，現(xiàn)場組焊管件逐漸被成品管件所代替，目前長慶油田每年購置管件近100萬件，供貨廠家近20家，為了確保管件質(zhì)量，長慶油田采取了加強超投標(biāo)管理，健全駐廠監(jiān)造機制等措施，取得了一定效果，但在地面建設(shè)和使用過程中，管件出現(xiàn)開裂、滲漏以及投球受阻等事件時有發(fā)生，為了進一步提高管件質(zhì)量，嚴(yán)把入庫質(zhì)量關(guān)，長慶油田對油氣田使用的管件采取了入庫檢驗制度，以確保地面建設(shè)和油氣生產(chǎn)的順利進行。

本文所稱管件入庫檢驗是指管件制造廠商將出廠檢驗合格的管件在運往各儲存庫或施工現(xiàn)場之前，由專業(yè)檢驗機構(gòu)按一定抽樣比例對管件實施重點項目的檢驗，由于入庫檢驗是對制造合格管件的質(zhì)量驗證，因此入庫檢驗沒必要完全按照出廠檢驗項目逐一實施。

2 管件制造工藝簡介和薄弱部位分析

檢驗人員在實施入庫檢驗之前，應(yīng)了解管件的制造工藝，明確管件的薄弱環(huán)節(jié)，采用科學(xué)的檢驗工藝和先進的檢驗方法，確定合理的抽檢比例和檢驗重點，切實起到質(zhì)量控制和把關(guān)的作用。由于近幾年長慶油田所購置的彎頭、三通、大小頭占購置管件的90%以上，因此，對該3類管件應(yīng)作重點抽查。

2.1 彎頭

彎頭用于改變管道方向的管件，分為無縫彎頭和有縫彎頭，目前無縫彎頭大都采用熱推法制造，就是將直管段套在芯棒上，芯棒頭為彎曲的芯頭（或叫牛角狀芯頭），在牛角芯頭處采用感應(yīng)加熱，在管段的另一端施加外力，在感應(yīng)加熱和外力作用下，將直管段推制成一定曲率半徑的彎頭。有縫彎頭主要是將鋼板壓制成一定形狀再進行焊接而成，也可以采用有縫鋼管推制而成。

從彎頭的制造工藝可以看出，彎頭的外側(cè)呈拉應(yīng)力狀態(tài)，壁厚易減薄，內(nèi)側(cè)呈壓應(yīng)力狀態(tài)，壁厚易增厚或出現(xiàn)褶皺，其應(yīng)力分布見圖1。對于焊縫彎頭，其焊縫是應(yīng)力分布較為復(fù)雜的部位，容易產(chǎn)生裂紋和焊接缺陷等。

2.2 三通

三通用于管道分支的管件，分為有縫和無縫三通2種，無縫三通大都采用液壓鼓脹法成形，其制造原理是根據(jù)金屬塑性變形原理，將內(nèi)充超高壓油的管坯，在一定軸向壓力和速度下，使管坯金屬在模腔內(nèi)產(chǎn)生塑性流動而成。也就是將直管段放在底部平直，上邊有凸緣孔的模具，管子用液壓缸固定，兩邊充入液體向內(nèi)凸脹，把管擠成“凸”字形，再把凸起處從適當(dāng)位置切除，并打成坡口即可制成三通管件。有縫三通與有縫彎頭制造類似。

從三通的制作過程可以看出，三通肩部是應(yīng)力集中部位（圖2），其周向膜應(yīng)力和經(jīng)向彎曲應(yīng)力是三通肩部兩個最大的應(yīng)力分量，尤其是周向膜應(yīng)力，在整個擠壓角處都具有很高的水平，圖3為三通肩部出現(xiàn)的裂紋磁痕。

2.3 大小頭

大小頭又叫異徑管，用作管子變徑的管件，分為同心和偏心2種，大小頭的制作工藝比較簡單，主要有壓制和沖壓成型，壓制的大小頭承受壓應(yīng)力，沖壓成型的一般呈拉應(yīng)力。

3 管件檢驗項目

如前所述，入庫檢驗不同于出廠檢驗，因此入庫檢驗應(yīng)選擇承受壓力大、結(jié)構(gòu)和受力情況復(fù)雜的管件作為重點檢驗對象，在選擇檢驗項目時，也應(yīng)選擇對使用功能、結(jié)構(gòu)、強度影響較大的指標(biāo)作為主要檢驗內(nèi)容。

3.1 資料審查

資料審查是對制造單位質(zhì)量行為的檢查，主要包括制造單位的生產(chǎn)許可證、型式檢驗報告（第一次供貨時提供）、出廠檢驗報告、監(jiān)造報告（長慶油田已派駐廠監(jiān)造）、產(chǎn)品合格證以及產(chǎn)品說明書等文件是否符合法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 外觀檢驗

通過肉眼或借助放大鏡觀察管件外觀是否有裂紋、過燒、疤痕、腐蝕、機械損傷等缺陷，焊接接頭是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 標(biāo)志檢驗

標(biāo)志是產(chǎn)品不可或缺的組成部分，是實現(xiàn)可追溯性要求的依據(jù)。應(yīng)重點檢查管件標(biāo)志位置、方法、內(nèi)容是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。管件的標(biāo)志內(nèi)容一般包括制造廠商標(biāo)或名稱、材料等級、規(guī)格以及訂貨要求的其它內(nèi)容。標(biāo)志的方法包括永久性標(biāo)志，如鋼印、雕刻、電蝕等；非永久性標(biāo)志，如噴印、標(biāo)簽等，應(yīng)根據(jù)不同材質(zhì)采用不同的方法，如不銹鋼和低溫鋼不允許打鋼印，可采用噴印或標(biāo)簽的形式等。

3.4 幾何尺寸檢驗

結(jié)構(gòu)幾何尺寸主要影響管件的強度、安裝組對以及使用功能（如投球等），其檢驗的內(nèi)容應(yīng)根據(jù)管件的用途、材料、加工方法等選擇，主要包括所有管件的坡口處外徑 D（D1）、端部內(nèi)徑 Di、圓度 B、異徑接頭總長F、180°彎頭中心至中心距離O、焊縫錯變量b（有焊縫管件）等。

3.5 螺紋檢查

螺紋缺陷容易引起介質(zhì)泄漏、降低連接強度。對于有螺紋的管件可采用螺紋規(guī)、卡尺等工具測量螺紋規(guī)格、螺紋的長度是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.6 壁厚測定

壁厚是反應(yīng)管件能承受多大壓力的重要指標(biāo)，主要通過超聲波測厚儀對管件厚度進行測量，測量部位應(yīng)選擇加工減薄處及坡口附近，如彎頭的外弧、三通的支管及肩部等，對于曲率半徑較小的管件，探頭隔聲層應(yīng)垂直管件的軸線，以減少測量誤差。

3.7 硬度檢驗

硬度是衡量材料軟硬程度、彈性、塑性、強度和韌性的綜合性能指標(biāo)，對于碳素鋼，其硬度與強度有一定的換算關(guān)系，因此硬度檢驗是檢驗工藝中重要的檢驗內(nèi)容之一。由于管件類型和規(guī)格多種多樣，采用臺式硬度計不現(xiàn)實，因此應(yīng)選擇便攜式里氏硬度計進行測量，檢驗部位應(yīng)為管件冷熱加工變形及應(yīng)力集中等處進行重點測量，如在管件的外弧側(cè)、內(nèi)弧側(cè)、中性面、肩部等部位進行測量，確定管件材料綜合性機械能是否符合規(guī)定要求，在測量時應(yīng)注意管件的質(zhì)量、穩(wěn)定性、大小、曲率半徑和磁場對測量值的影響。

4 檢測方法

4.1 磁粉探傷

磁粉探傷主要對鐵磁性材料的表面或近表面產(chǎn)生的缺陷進行探傷，由于管件是采用冷熱加工制成，其表面容易產(chǎn)生裂紋，因此應(yīng)對每個管件進行磁粉探傷。在磁粉探傷中，應(yīng)重點檢查彎頭的拉應(yīng)力區(qū)即彎頭外側(cè)，三通的肩部。為了提高靈敏度，可采用熒光磁粉探傷，利用管件專用磁粉探傷設(shè)備實現(xiàn)縱向和軸向磁化，以檢出不同方向的表面缺陷和近表面缺陷，對于大口徑管件如大于DN300的管件，可采用單磁軛或交叉磁軛法探傷，其效率和檢驗質(zhì)量也能滿足要求。

4.2 超聲波探傷

管件焊縫是應(yīng)力水平較高的部位，容易出現(xiàn)氣孔、夾渣、未焊透、裂紋等缺陷，可采用超聲波探傷進行檢測，該方法對面積型缺陷較為敏感，同時對體積型缺陷也有較高的檢出率，因此對樣品管件焊縫應(yīng)進行100%超聲波探傷，對于發(fā)現(xiàn)的不合格缺陷可采用射線復(fù)驗。

4.3 射線探傷

利用射線穿透試件，試件內(nèi)部缺陷與無缺陷部位衰減不同，在膠片上產(chǎn)生相應(yīng)缺陷圖像，根據(jù)缺陷圖像大小來判斷工件是否合格。該類方法對體積性缺陷（如氣孔、夾渣等）較為敏感，對面積性缺（如裂紋、未熔合等）陷容易漏檢，因此對經(jīng)超聲波檢驗存在缺陷的管件應(yīng)進行射線探傷復(fù)驗。射線檢測可以采用實時成像，由于管件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為了減少幾何不清晰度，圖像增強器應(yīng)與焊縫保持盡可能短的距離，以利于缺陷的判定和評定。

4.4 光譜儀測定

對于壓力高、直徑大、受力較復(fù)雜的碳鋼管件、不銹鋼、合金鋼管件可以采用光譜儀測定其材料組成成分，檢驗其材質(zhì)是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。主要對材料性能起主要作用的碳、硅、錳、硫、磷進行檢驗，對于不銹鋼還應(yīng)檢測鎳、鉻含量。材質(zhì)檢驗應(yīng)按同廠家、同規(guī)格進行5%抽查。

5 管件檢驗程序

檢驗程序是管件檢驗過程的工藝流程，如果檢測方法選擇不當(dāng)，檢驗程序不正確，將容易造成缺陷漏檢、檢測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確以及檢驗效率降低等，如里氏硬度計所測的硬度值是沖擊體反彈速度與沖擊速度的比值來表示，如果管件進行磁粉探傷，管件內(nèi)的剩磁，將會對里氏硬度計測量造成較大的誤差，故硬度檢驗應(yīng)放在磁粉探傷之前進行，再如超聲波探傷使用的耦合劑將會對磁粉探傷產(chǎn)生不利的影響，磁粉探傷應(yīng)放在超聲波之前進行，因此正確的檢驗流程是確保檢驗質(zhì)量的前提，長慶油田入庫管件質(zhì)量檢驗工藝流程如下：

資料審查→外觀檢驗→標(biāo)志檢驗→幾何尺寸檢驗→螺紋檢查（對有螺紋管件）→壁厚測定→光譜抽檢→磁粉探傷→超聲波探傷（有縫管件）→射線檢驗（針對超聲波檢驗懷疑部位）→檢驗標(biāo)識。

6 結(jié)束語

入庫管件質(zhì)量檢驗是長慶油田質(zhì)量管理部門控制產(chǎn)品質(zhì)量體系中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是保證產(chǎn)能建設(shè)質(zhì)量和油氣正常生產(chǎn)的重要組成部分。為了確保檢驗質(zhì)量，檢驗機構(gòu)和檢驗人員應(yīng)了解管件制造的工藝，明確管件的結(jié)構(gòu)特點，熟悉管件缺陷產(chǎn)生的類型和部位，根據(jù)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制定科學(xué)的檢驗工藝，采用先進的檢測設(shè)備開展入庫管件的檢驗工作。

[1]GB/T 12459-2005鋼制對焊無縫管件[S].