氨制冷壓力管道焊接接頭的質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)

丁志然

[摘 要]氨制冷系統(tǒng)的壓力管道是設(shè)備安全監(jiān)管中心的重要內(nèi)容，管道焊接接頭治療嚴(yán)重影響整個(gè)氨制冷系統(tǒng)運(yùn)行效果。對(duì)氨制冷壓力管道焊接接頭缺陷進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，深入分析焊接接頭缺陷出現(xiàn)的原因及危害，提出一系列改善氨制冷管道焊接質(zhì)量的方法。

[關(guān)鍵詞]氨制冷壓力管道；焊接接頭；質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TH49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1009-914X（2016）11-0053-02

氨制冷壓力管道主要應(yīng)用在冷凍行業(yè)，其使用年限大于10年，其管道設(shè)計(jì)、按照、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)安全監(jiān)督中存在大量問題。冷壓力管道焊接接頭缺陷致使冷庫(kù)氨泄漏事故頻發(fā)，必須深入分析氨制冷壓力管道焊接缺陷，主要包括新管道制造、安裝過程中存在的缺陷，針對(duì)上述缺陷制定正確的檢驗(yàn)方法，方便準(zhǔn)確分析管道失效、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)等問題。

一、簡(jiǎn)述冷壓力管道的結(jié)構(gòu)

（一）氨制冷壓力管道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

目前，多數(shù)地區(qū)的冷凍食品公司設(shè)計(jì)的氨制冷壓力管道系統(tǒng)包括-35oC、-45 oC、4oC等氨制冷系統(tǒng)組合而成，上述系統(tǒng)主要包括排液桶、冷風(fēng)機(jī)、集油器、高效臥式冷凝器、氨液分離器等設(shè)備。氨制冷壓力管道主要用來輸送氨液，氨氣借助重力供液、氨泵強(qiáng)制供液兩種方法，最終回到冷凝器壓縮機(jī)構(gòu)組成封閉循環(huán)系統(tǒng)。因此，氨制冷壓力管道擔(dān)負(fù)所有壓力、溫度和載荷變化。根據(jù)《工業(yè)管道定期檢驗(yàn)規(guī)程》制定的GC2級(jí)壓力管道，氨制冷壓力管道包括安全管道。吸氣管道、油管道、放空管道、排液管道等部分組成，不同管道有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

⑴安全管道通常設(shè)置38×3.0無縫鋼管，從而連接各個(gè)設(shè)備的安全閥出口組成安全管道，隨之排至大氣，確保其一直處在無壓力狀態(tài)，可以不納入壓力管道檢驗(yàn)范圍。

⑵液體和吸氣管道分為采用89×4.0無縫鋼管、426×10無縫鋼管，吸氣管道包括凝凍機(jī)、低壓循環(huán)桶、高效臥式蒸發(fā)器等，液體管道包括低壓循環(huán)桶、凝凍機(jī)、貯氨器等設(shè)備組成。

⑶平衡管道、排液管道均采用573.5無縫鋼管，其中，排液管道與排液桶、低壓循環(huán)桶、氣液調(diào)節(jié)站等相互連接。

⑷熱氨管道通常采用159×4.5和377×9.0無縫管道，其中，一路采用螺桿壓縮機(jī)排氣口連接到總母管，另一路采用低壓循環(huán)桶到冷凝器和凝凍機(jī)。

⑸油管道一般采用18×2.0無縫管道，用來連接蒸發(fā)器、冷凝器、集油器等設(shè)備，其公稱直徑小于25mm，不在壓力管道檢驗(yàn)范圍之內(nèi)。

（二）氨氣的介質(zhì)特性

氨氣是目前應(yīng)用最廣泛的中壓、中溫制冷劑，氨的凝固溫度和蒸發(fā)溫度分別為-77.7℃、-33.3℃。處在常溫狀態(tài)下冷凝壓力通常為1.1～1.3Mpa。氨具有極強(qiáng)的毒性和可燃性。如果空氣內(nèi)氨氣含量達(dá)到0.5～0.6%，人在這樣的環(huán)境下停留30分鐘即可中毒。若其濃度上升至11～13%可以點(diǎn)燃，達(dá)到16%則遇見明火即刻保障。因此，氨制冷機(jī)房必須注意通風(fēng)。

二、氨制冷壓力管道管理存在的問題

（一）安全意識(shí)不強(qiáng)

目前，我國(guó)主管部門制定一系列冷庫(kù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)范，成為有效管理制冷系統(tǒng)的重要保障。在國(guó)家機(jī)構(gòu)進(jìn)行改革過程中，冷庫(kù)安全管理并未明確由哪個(gè)部門負(fù)責(zé)，冷庫(kù)管理一直處于無序狀態(tài)。近些年，非國(guó)有企業(yè)日益增多，多數(shù)企業(yè)將主要精力集中在商業(yè)運(yùn)作方面，從而忽視制冷及時(shí)產(chǎn)生的營(yíng)銷，缺乏相應(yīng)的冷庫(kù)安全管理意識(shí)。

（二）制冷設(shè)備帶病工作

我國(guó)部分地區(qū)的冷庫(kù)在20世紀(jì)80年代建立，庫(kù)齡約有30年左右，隨著企業(yè)改革體制的深入，少數(shù)企業(yè)沒有定期對(duì)冷庫(kù)進(jìn)行維修，導(dǎo)致多數(shù)冷庫(kù)存在年久失修、設(shè)備老化，制冷系統(tǒng)帶病工作的情況。企業(yè)沒有及時(shí)更換嚴(yán)重銹蝕的管道，整個(gè)冷庫(kù)系統(tǒng)出現(xiàn)非常危險(xiǎn)的冒、跑、漏等情況。

（三）無證上崗現(xiàn)象頻發(fā)

企業(yè)冷庫(kù)特種設(shè)備生產(chǎn)操作人員流動(dòng)性較大，有些人沒有上崗操作證，這些人從業(yè)前并未進(jìn)行正確的培訓(xùn)，不具備相關(guān)制冷系統(tǒng)故障應(yīng)急處理和安全管理教育。如果冷庫(kù)制冷系統(tǒng)出現(xiàn)漏氨事故，一線操作人員不知如何處理，從而引起嚴(yán)重的后果。

（四）管道焊接接頭存在的問題

氨制冷壓力管道的焊接接頭與固定口接頭，進(jìn)行焊接后一系列缺陷問題，主要表現(xiàn)如下：

⑴焊接形狀及尺寸不良

在各個(gè)冷壓力管道焊接接頭檢測(cè)中，均出現(xiàn)各個(gè)程度焊接接頭形狀及尺寸不良的情況，主要包括出現(xiàn)錯(cuò)邊、咬邊嚴(yán)重超標(biāo)、角度偏差等問題。從焊接接頭宏觀監(jiān)督判斷，導(dǎo)致上述問題是因安裝對(duì)接時(shí)，兩個(gè)管道實(shí)施焊接前沒有準(zhǔn)確對(duì)正，出現(xiàn)不同程度的中心線偏離，致使焊接位置存在應(yīng)力集中和附加應(yīng)力的情況。

⑵沒有焊透

在已有檢測(cè)試樣中，約有50%的樣品出現(xiàn)不同程度的未熔合或焊透問題，如圖1。圖1（a）中2#管道焊接接頭存在沒有熔合缺陷，其長(zhǎng)度接近焊接厚度一般。根據(jù)未熔合輪廓判定其右側(cè)母材坡口不合格，焊接過程中熱輸入較低，坡度邊緣未能充分熔化。這個(gè)位置缺陷向上、左兩個(gè)部位存在明顯尖端。圖1（b）3#管道焊接接頭沒有焊透，左側(cè)管道坡口存在焊縫與母材沒有熔合缺陷。出現(xiàn)上述兩種缺陷會(huì)在一定程度降低焊接強(qiáng)度，如果管道出現(xiàn)動(dòng)載荷，上述缺陷對(duì)焊縫疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生重要影響。

⑶孔穴

圖2（a）、（b）分別為球形氣孔、氣孔缺陷，后者長(zhǎng)軸尺寸約為1.5mm。（b）圖的孔穴下部出現(xiàn)明顯尖端，尖端位置出現(xiàn)裂紋，這些萌生的裂紋會(huì)得到進(jìn)一步擴(kuò)展。

三、管道焊接接頭質(zhì)量檢驗(yàn)步驟

（一）檢驗(yàn)儀器

焊接接頭檢測(cè)所有儀器如表1。本次實(shí)驗(yàn)所用儀器均為質(zhì)量合格產(chǎn)品，其工作頻率設(shè)定為0.5MHz～10MHz。儀器具備80dB以上的連續(xù)可調(diào)衰減器，其精度為任意12dB誤差設(shè)定為±1dB。水平線性和垂直線誤差分別不超過1%、%。

（二）選用合理的探頭

本次實(shí)驗(yàn)使用的儀器和探頭組合靈敏度較好，在達(dá)到檢測(cè)工程最大聲程時(shí)，其零度度余量控制在≥10dB；斜探頭主聲束垂直方向不存在明顯雙峰或多峰，其偏離不得超過±2°（表2）。

（三）檢驗(yàn)準(zhǔn)備工作

進(jìn)行檢驗(yàn)之前，準(zhǔn)確掌握管道的名稱、材質(zhì)、焊接工藝、熱處理等情況，對(duì)明確標(biāo)注焊接接頭中心位置。焊接接頭外觀質(zhì)量和尺寸對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生重要影響。使用一次反射法進(jìn)行探測(cè)，探頭移動(dòng)區(qū)域大于1.25P。P=2Ttgβ。

（四）檢驗(yàn)要點(diǎn)

管道焊縫兩側(cè)的母材，進(jìn)行檢驗(yàn)操作前準(zhǔn)確測(cè)量管壁厚度，最少每隔90°測(cè)量一點(diǎn)并詳細(xì)記錄。斜探頭檢查聲束母材區(qū)域使用直探頭實(shí)施檢查，便于準(zhǔn)確判定否存在分層性或其他類型的缺陷。進(jìn)行掃查操作時(shí)，先全面實(shí)施一遍粗掃，主要查看存在的危險(xiǎn)缺陷。隨之進(jìn)行仔細(xì)掃查，明確各個(gè)缺陷的性質(zhì)、尺寸，做好記錄。探傷速度必須小于150mm/秒。在保持探頭移動(dòng)方向與焊縫中心線垂直的基礎(chǔ)上，采用前后、左右、轉(zhuǎn)角等掃查方式，判斷缺陷位置、方向、形狀。

四、改善冷壓力管道焊接質(zhì)量的對(duì)策

（1）建設(shè)、電力、質(zhì)檢、商貿(mào)等各部門必須各司其職，通力合作，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管理，從源頭上解決氨制冷企業(yè)在建設(shè)和安全管理方面的問題。

（2）明確劃分企業(yè)安全生產(chǎn)主體責(zé)任，提升企業(yè)負(fù)責(zé)人、安全管理人員和特種操作人員的安全意識(shí)，落實(shí)安全生產(chǎn)責(zé)任，提升所有人員的安全素養(yǎng)，嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)規(guī)章制度及操作規(guī)范。同時(shí)，根據(jù)國(guó)家制定的法律規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)督各企業(yè)提升自身管理誰，嚴(yán)厲查處冷庫(kù)單位存在的安全生產(chǎn)違法行為。

（3）為保證管道焊接質(zhì)量，促使焊縫結(jié)果達(dá)到規(guī)范工藝要求，對(duì)焊接所需的設(shè)備、操作步驟及人員分工等需要控制內(nèi)容進(jìn)行綜合考量。焊縫及其熱影響表面如果存在裂紋嚴(yán)重影響后期使用性能及壽命，同時(shí)，也為制冷系統(tǒng)運(yùn)行帶來潛藏風(fēng)險(xiǎn)。在進(jìn)行管道焊接接頭檢驗(yàn)時(shí)， 預(yù)防其產(chǎn)生裂紋是重要舉措。在對(duì)焊接接頭質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)過程中， 先行對(duì)其承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)焊縫表面存有極小缺口，給予針對(duì)性的補(bǔ)救。同時(shí)，焊接接頭中如果出現(xiàn)孔穴也會(huì)改變焊接結(jié)構(gòu)的承載能力，降低其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

結(jié)束語

總之，各個(gè)管道焊接接頭進(jìn)行焊接時(shí)存在嚴(yán)重的缺陷，幾乎所有的檢測(cè)樣品中均存在一定程度的錯(cuò)邊、空穴、固體雜物等問題。因此，要依據(jù)管道實(shí)際情況合理設(shè)計(jì)焊接工藝，進(jìn)行焊接操作時(shí)要嚴(yán)格按照工藝要求，盡可能減少錯(cuò)邊、固定夾雜物等缺陷，降低裂紋發(fā)生率。

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