壓力管道元件（法蘭）埋藏缺陷成因探討

李偉明

（福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院泉州分院，福建 泉州 362000）

1 前言

壓力管道是生產(chǎn)、生活中廣泛使用的可能引起燃爆或中毒等危險性較大的特種設(shè)備，壓力管道分布極廣，凡有流體輸送的場合一般都用壓力管道。石油、天然氣的長距離輸送，城鎮(zhèn)燃氣和公用動力蒸氣的輸送，各種石油、化工工業(yè)生產(chǎn)裝置等都有大量的壓力管道，確保壓力管道安全使用，對于保障人民生命和國家財產(chǎn)的安全具有特殊的意義[1]。

文中所述的環(huán)己酮壓力管道安裝項目，使用單位為莆田某石化公司，安裝單位為中化某建設(shè)公司，法蘭制造單位為泉州某機械制造公司，該安裝項目中前后共發(fā)現(xiàn)二片帶有埋藏缺陷的法蘭，分別為：（1）WN PN40 DN150帶頸對焊法蘭，材質(zhì)為20，管道屬GC2級別，介質(zhì)：蒸汽，設(shè)計溫度240℃；（2）WN PN25 DN80帶頸對焊法蘭，材質(zhì)為20，管道屬GC1級別，介質(zhì)：H2、N2、苯，設(shè)計溫度60℃。

根據(jù)檢驗方案要求，在壓力管道安裝完畢，外觀檢查，無損檢測合格后，應(yīng)進行壓力試驗。

2 壓力管道檢測、試驗

（1）GC1級管道的檢查等級應(yīng)不低于Ⅱ級，GC2級管道的檢查等級應(yīng)不低于Ⅳ級，管道焊接接頭的內(nèi)部質(zhì)量采用射線探傷檢測，GC1級管道焊縫探傷檢查比例為20%，GC2級管道焊縫探傷檢查比例為5%。

（2）壓力試驗：應(yīng)以液體為試驗介質(zhì)，當管道的設(shè)計溫度高于試驗溫度時，試驗壓力應(yīng)按下式計算。

式中： PT—試驗壓力（表壓）（MPa）；

P—設(shè)計壓力（表壓）（MPa）；

S1—試驗溫度下，管材的許用應(yīng)力（MPa）；

S2—設(shè)計溫度下，管材的許用應(yīng)力（MPa）[2]。

混凝活性砂過濾-臭氧脫色工藝在中水處理中的應(yīng)用……………………………………………… 欒城梅，趙昕（7-161）

3 檢測結(jié)果

（1）WN PN40 DN150點焊時坡口旁產(chǎn)生環(huán)向褶皺，見圖1。

圖1 DN150法蘭環(huán)向裂紋

（2）WN PN25 DN80 水壓試驗時頸部產(chǎn)生泄漏，圓圈處可見噴射的水，見圖2。

圖2 法蘭頸部穿透性孔（圓圈處可見噴射的水）

4 原因分析探討

（1）WN PN40 DN150法蘭缺陷原因：環(huán)向褶皺。

法蘭套打過程中，模具應(yīng)先進行預熱，使模具溫度接近坯料溫度，經(jīng)查鍛造時鍛造師未按工藝要求進行充分預熱，造成坯料與模具間溫差過大，鍛造時錘頭把坯料從模具帶出，但鍛打時燒紅的坯料在模具中印了一道，第二次入模時，初次印的一道形成褶皺，致使法蘭頸部出現(xiàn)肉眼看不到的褶皺，由于模鍛加工余量少，在機加工過程中沒有加工出來，造成內(nèi)部缺陷。示意圖見圖3。

圖3 WN PN40 DN150法蘭環(huán)向褶皺示意圖

第一錘鍛打，坯料到此處(A)被模具冷卻，坯料最外圈無法繼續(xù)變形。

第二錘鍛打，坯料中部未冷卻，繼續(xù)向下向外變形，已冷卻的部位（A）被包裹在內(nèi)，形成褶皺。

（2）WN PN25 DN80法蘭缺陷原因：鑄造夾雜物是指在冶煉、澆注和鋼水凝固過程中產(chǎn)生或混入的非金屬相。非金屬相是一些金屬元素（如Fe、Mn、Al、Nb等）和Si，與非金屬元素（如O、S、N、P）結(jié)合而成的化合物。

夾雜物根據(jù)來源不同可分為外來夾雜、內(nèi)生夾雜。外來夾雜來源于冶煉和澆注過程中，侵蝕或沖刷的耐火材料，混入鋼中的熔渣、原料帶入的污物、出鋼和澆注過程中鋼水的二次氧化產(chǎn)物等。內(nèi)生夾雜來源于四個方面：脫氧時的脫氧產(chǎn)物；出鋼和澆注過程溫度下降平衡移動的生成物；凝固過程中溶解度降低、偏析而發(fā)生反應(yīng)的產(chǎn)物；固態(tài)鋼相變?nèi)芙舛茸兓傻漠a(chǎn)物。

由于夾雜物的存在，破壞了鋼基體的連續(xù)性，造成了鋼組織的不均勻，影響了鋼的力學性能和加工性能。

鑄鐵中的夾雜物經(jīng)鍛造壓力加工，沿加工方向延伸變形伸長，使鍛件產(chǎn)生帶狀組織，引起性能出現(xiàn)明顯的各向異性，使鍛件橫向力學性能明顯低于縱向力學性能，夾雜物的缺口敏感效應(yīng)很明顯，在鍛件中起著缺口及應(yīng)力集中的作用，因此降低鍛件的疲勞強度，導致鍛件過早損壞[4]。

5 整改措施

（1）安裝單位和使用單位應(yīng)按照GB 50235-2010第4.1.3條規(guī)定“當對管道元件或材料的性能數(shù)據(jù)或檢驗結(jié)果有異議時，在異議未解決前，該批管道元件或材料不得使用”。在有明確結(jié)論前，立即暫停該批次法蘭的安裝及使用。

（2）安裝單位和使用單位應(yīng)嚴格按照GB/T 20801.4-2006第5.7條規(guī)定：“抽樣檢查、檢測或試驗的管道組成件，若有一件不合格，允許按原規(guī)定數(shù)量加倍抽樣進行檢查、檢測或試驗。若仍有不合格，則該批管道組成件不得使用；或?qū)υ撆艿澜M成件逐個進行檢查、檢測或試驗，合格者方可使用”。

（3）福建省特檢院莆田分院在安裝單位自檢合格基礎(chǔ)上，按比例進行符合性驗證抽查。

（4）把法蘭制造單位納入2019年度監(jiān)督抽查范圍。

今年以來，泉州市市場監(jiān)管局加大對危險化學品相關(guān)特種設(shè)備的治理力度，為深刻吸取江蘇響水天嘉宜化工有限公司“3·21”危險化學品爆炸事故慘痛教訓，嚴格落實危險化學品生產(chǎn)企業(yè)特種設(shè)備的風險分級管控和隱患排查治理工作主體責任，制造單位已把安裝于使用單位的YR1804批次共168片法蘭全部拆除召回。

6 注意事項

我國對壓力管道元件實行制造許可制度，未實行制造監(jiān)督檢驗制度，在制造許可證的有效期內(nèi)采取監(jiān)督抽查，由于制造單位生產(chǎn)的壓力管道元件數(shù)量多、附加值低，必須落實制造單位的主體責任。

（1）對于鑄造制造單位，應(yīng)力爭降低鋼中氧化物夾雜和硫化物夾雜。

首先，降低氧化物夾雜的途徑有：最大限度地減少外來夾雜物。提高原材料的純凈度；根據(jù)鋼種的要求采取合理的冶煉工藝、脫氧制度和鋼水的精煉工藝；提高電爐及澆注系統(tǒng)所用耐火材料的質(zhì)量與性能；減少和防止鋼水二次氧化。

其次，降低硫化物夾雜的途徑有：降低入爐原料中的硫含量；采用合理的冶煉工藝及爐外精煉深脫硫技術(shù)；改變硫化物夾雜的形態(tài)和分布，使鋼水中以MnS為主的塑性夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)橐韵⊥亮蚧餅橹鞯那蛐尾蛔冃螉A雜物。

（2）法蘭制造單位必須保證質(zhì)量管理體系運行，明確質(zhì)控體系責任人員，完善法蘭入廠驗收記錄，制造過程記錄，出廠檢驗記錄。

鑒于法蘭制造單位的鍛件大多采用分包形式，制造單位應(yīng)對鍛件分包商制造的法蘭鍛件嚴格把關(guān)，鍛件分包商必須提供質(zhì)量證明書，質(zhì)量證明書中必須有鍛件的化學成分、機械性能、硬度、熱處理狀態(tài)、無損檢測等內(nèi)容，必要時制造單位還應(yīng)對批量的鍛件進行抽檢，抽檢結(jié)果應(yīng)符合NB/T 47008-2017技術(shù)指標。