加氫裝置高壓管道的可施工性分析

黃 峰

中化泉州石化有限公司 福建泉州 362103

可施工性是將施工知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)最佳地運(yùn)用到項(xiàng)目的策劃、設(shè)計(jì)、采購(gòu)和現(xiàn)場(chǎng)操作中，以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的總體目標(biāo)；是在項(xiàng)目不同階段，通過(guò)可施工研究，達(dá)到滿足施工的實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)降低成本、加快進(jìn)度和達(dá)到本質(zhì)安全質(zhì)量，保證項(xiàng)目的整體目標(biāo)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)以加氫裝置的高壓管道為對(duì)象，針對(duì)管道材料、焊接性、熱處理、無(wú)損檢測(cè)、試壓和氣密等關(guān)鍵工序進(jìn)行可施工性分析。

1 高壓管道的特點(diǎn)和難點(diǎn)分析

高壓管道系統(tǒng)在操作上具有高溫高壓、臨氫、富含H2S、介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)。管道設(shè)計(jì)需要采用大口徑厚壁管（最大的管道在DN600 以上，厚度超過(guò)60mm），選用TP347 或TP321 的等特殊材質(zhì)材料，材料的制造難度大、周期長(zhǎng)，部分需要進(jìn)口。

在施工中存在以下難點(diǎn)：

（1）焊接和熱處理難度大、要求高、工序復(fù)雜。TP347 屬于奧氏體不銹鋼，焊接過(guò)程對(duì)于層間溫度的控制要求嚴(yán)格；管道屬于厚壁管，需要采取多層、多道焊接，焊接的時(shí)間長(zhǎng)、工序多；焊后的穩(wěn)定化熱處理易產(chǎn)生再熱裂紋。

（2）大口徑厚壁高壓管道的現(xiàn)場(chǎng)固定焊口檢測(cè)難度大。如無(wú)法采用中心透照方法進(jìn)行RT 檢測(cè)，需使用雙壁單影方法進(jìn)行RT 檢測(cè)，需要長(zhǎng)時(shí)間的曝光，散射線引起的膠片感光占比過(guò)高，底片灰霧度較大，檢測(cè)靈敏度不足，對(duì)于檢測(cè)的質(zhì)量和工程進(jìn)度都有較大影響；根據(jù)實(shí)際情況，需要在規(guī)范允許的范圍內(nèi)采取其他檢測(cè)方法，或采取多種檢測(cè)方法組合對(duì)現(xiàn)場(chǎng)固定焊口進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

（3）管道的試驗(yàn)壓力高，試壓難度大。高壓管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力和溫度高，在常溫狀態(tài)下進(jìn)行管道壓力試驗(yàn)需進(jìn)行溫度系數(shù)折算，折算后管道系統(tǒng)的試驗(yàn)壓力較高。

（4）高壓系統(tǒng)的氫氣氣密要求高。

（5）高壓系統(tǒng)管道使用大口徑厚壁材料，預(yù)制完成的管段、閥門重量大，需要使用大型吊車吊裝就位。

2 可施工性分析

2.1 管道焊接和熱處理的分析

管道材料的選用對(duì)于材料制造、現(xiàn)場(chǎng)焊接、熱處理的影響較大。加氫裝置的高壓管道采用大口徑厚壁管，對(duì)于關(guān)鍵的高溫高壓、臨氫部位采用TP347 等奧氏體不銹鋼材料，這就要從材料選用、制造及進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)、焊接質(zhì)量管控、熱處理技術(shù)要求等方面來(lái)實(shí)現(xiàn)可施工性，從而保證整體施工質(zhì)量。

2.1.1 材料選用、制造

設(shè)計(jì)階段做好特殊材料的選擇，明確TP347 等特殊材料的技術(shù)要求、制造工藝、制造過(guò)程控制，做好進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)，保證材料的可焊接性。針對(duì)TP347 管件在制造階段易出現(xiàn)晶粒粗大的問(wèn)題，為避免影響現(xiàn)場(chǎng)的焊接性能和穩(wěn)定化熱處理，在設(shè)計(jì)階段提出明確的技術(shù)要求，重點(diǎn)參數(shù)是非金屬夾雜物、金相組織和晶粒度。在制造階段按對(duì)技術(shù)要求的執(zhí)行，對(duì)鋼管和管件的管坯逐根做晶粒度和非金屬夾雜物的檢測(cè)；對(duì)管件成品逐件做晶粒度檢測(cè)；并加強(qiáng)對(duì)鋼管和管件尺寸偏差的控制。材料制造過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)造、飛檢、首檢等多種手段，加強(qiáng)制造過(guò)程的質(zhì)量控制。

2.1.2 材料進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)

材料進(jìn)場(chǎng)后，要檢查清單與實(shí)物、外形尺寸、標(biāo)識(shí)、質(zhì)量證明文件等；原材料入庫(kù)前和安裝前實(shí)施100%半定量材質(zhì)復(fù)驗(yàn)，標(biāo)識(shí)、建立臺(tái)賬，并進(jìn)行全定量的抽檢；對(duì)管子和管件進(jìn)行100%的PT 檢測(cè)；進(jìn)行100%的晶粒度覆膜檢測(cè)；對(duì)管道原材料進(jìn)行非金屬夾雜物、金相組織和晶間腐蝕抽檢。

2.1.3 焊接質(zhì)量的管控分析

坡口加工采用機(jī)械加工，并進(jìn)行PT 檢測(cè)。焊接時(shí)采用多層多道焊接工藝，焊接過(guò)程注意控制線能量的輸入和層間溫度。對(duì)焊接過(guò)程實(shí)施監(jiān)理人員全程旁站，并加強(qiáng)過(guò)程抽檢，對(duì)每道焊縫的焊接工作記錄簽字確認(rèn)，原始焊接工作記錄每天掃描存檔。加強(qiáng)對(duì)焊工的首道焊口檢驗(yàn)：每名焊工在焊接首道焊口時(shí)，焊接打底完進(jìn)行PT 檢測(cè)，填充到25mm 時(shí)進(jìn)行第一次射線檢測(cè)，焊接完成后進(jìn)行第二次射線檢測(cè)。

2.1.4 焊口的熱處理

（1）碳鋼的高壓管道按照規(guī)范要求進(jìn)行焊前預(yù)熱、焊后熱處理；對(duì)于有延遲裂紋傾向的管道，在熱處理完成后24h 進(jìn)行RT 檢測(cè)和PT 檢測(cè)。

（2）奧氏體不銹鋼的穩(wěn)定化處理、固溶處理。目前，在高壓臨氫系統(tǒng)中，主要使用的奧氏體不銹鋼材質(zhì)有TP321/ TP321H、TP347/ TP347H。但在近幾年的加氫裝置施工過(guò)程中，對(duì)于TP347 材質(zhì)的管道在進(jìn)行焊后穩(wěn)定化熱處理時(shí)，不同程度的出現(xiàn)了再熱裂紋的情況。對(duì)于這類材質(zhì)管道的熱處理要求，一是按照設(shè)計(jì)文件要求；二是參照規(guī)范NB/ T10068- 2018《含穩(wěn)定化元素不銹鋼管道焊后熱處理規(guī)范》執(zhí)行；三是根據(jù)熱處理的實(shí)際情況，由業(yè)主組織專家討論，取消現(xiàn)場(chǎng)焊口的穩(wěn)定化熱處理。

2.2 大口徑厚壁管現(xiàn)場(chǎng)固定焊口無(wú)損檢測(cè)

2.2.1 檢測(cè)方法可施工性分析

（1）規(guī)范SH3501- 2011 第7.5.13 條要求：管道的名義厚度小于或等于30mm 的對(duì)接焊縫，應(yīng)采用射線檢測(cè)，當(dāng)由于條件限制需改用超聲檢測(cè)時(shí)，應(yīng)征得設(shè)計(jì)和建設(shè)/ 監(jiān)理單位的同意；名義厚度大于30mm 的對(duì)接焊縫可采用超聲檢測(cè)。

（2）RT 檢測(cè)的方法分析：對(duì)于典型的大口徑厚壁管現(xiàn)場(chǎng)固定焊口，無(wú)法使用中心透照方法進(jìn)行RT 檢測(cè)的，需使用雙壁單影透照的方法進(jìn)行。例如Φ610mm×52.37mm 焊口現(xiàn)場(chǎng)常用的Ir192（放射源活度60～80 居里），射線拍片計(jì)算時(shí)間如下：每道焊口需要拍片8 張，每張片曝光時(shí)間8h,每道焊口需要拍片8d 時(shí)間（夜間作業(yè)8h）。曝光時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，射線檢測(cè)的曝光時(shí)間隨透照厚度成指數(shù)增長(zhǎng)（厚度每增加10mm，曝光時(shí)間大約增加1 倍），引起膠片感光的射線中散射線所占比例過(guò)高，信噪比過(guò)低，底片灰霧度過(guò)大，靈敏度低，危害性較大的面積性缺陷（如裂紋）難以發(fā)現(xiàn)。

（3）使用超聲波進(jìn)行檢測(cè)：由于奧氏體不銹鋼只能使用一次波進(jìn)行檢測(cè)，所以焊縫需打磨至與母材齊平，否則會(huì)阻擋探頭移動(dòng)，造成焊縫中靠近外表面的部分區(qū)域無(wú)法檢測(cè)；奧氏體晶粒粗大，會(huì)引起一定的反射回波，形成“噪聲”，使得信噪比降低，真實(shí)缺陷可能被噪聲掩蓋而漏檢。雖然存在上述缺點(diǎn)，但在選用合理的縱波斜探頭，配以相應(yīng)的對(duì)比試塊和模擬試塊的情況下，使用脈沖反射法超聲檢測(cè)（手工超聲）和相控陣超聲檢測(cè)相結(jié)合時(shí)，還是能檢出奧氏體不銹鋼中的大部分危害性缺陷，缺陷檢出率依然要高于雙壁單影法射線檢測(cè)。

（4）使用TOFD 進(jìn)行檢測(cè)：在超聲類檢測(cè)方法中，TOFD 使用的是衍射波，對(duì)細(xì)小缺陷較為敏感，奧氏體不銹鋼的粗大晶粒引起的“噪聲”過(guò)于明顯，所以TOFD 檢測(cè)方法不適用于奧氏體不銹鋼。

（5）對(duì)比分析檢測(cè)方法：對(duì)于厚度較薄的工件，射線檢測(cè)靈敏度較高，比超聲檢測(cè)有優(yōu)勢(shì)，所以標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定30mm 以下的管道應(yīng)使用射線檢測(cè)；對(duì)于厚度較厚的工件，射線檢測(cè)靈敏度顯著降低，超聲檢測(cè)的靈敏度相對(duì)高于射線檢測(cè)，所以標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定30mm 以上的管道可使用超聲檢測(cè)代替射線檢測(cè)。

2.2.2 無(wú)損檢測(cè)采取的應(yīng)對(duì)措施

（1）原則上對(duì)接焊縫應(yīng)在焊接接頭全部填充蓋面后進(jìn)行RT 檢測(cè)，對(duì)于管道壁厚大于30mm 的焊口，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用多種檢測(cè)方法結(jié)合進(jìn)行檢測(cè)。

（2）對(duì)厚壁管線焊接接頭要求施工單位盡最大可能創(chuàng)造條件，滿足焊口采用放射源中心透照的RT 檢測(cè)方法。

（3）對(duì)管線壁厚≤30mm 的焊接接頭，在全部焊接后應(yīng)全部采用RT 檢測(cè)，其中現(xiàn)場(chǎng)的固定焊口采用放射源雙壁單影透照方式進(jìn)行RT 檢測(cè)。

（4）對(duì)于壁厚＞30mm 的碳鋼、合金鋼材質(zhì)管道：氬弧焊打底焊完后實(shí)施100%PT 檢測(cè)；采用打底+ 填充焊層厚度達(dá)到10～15mm 時(shí)，進(jìn)行第一次RT 檢測(cè)，焊接完成后采用TOFD 的方法檢測(cè)；對(duì)于不能采用TOFD 檢測(cè)的管件、法蘭焊口采用UT 方法檢測(cè)。

（5）對(duì)于壁厚＞30mm 奧氏體不銹鋼材質(zhì)管道：氬弧焊打底焊完后實(shí)施100%PT 檢測(cè)；焊接完成10～15mm 厚度時(shí)，實(shí)施100%的RT 檢測(cè)；完成全部填充蓋面后，實(shí)施100%的UT+PAUT+PT 檢測(cè)。

（6）對(duì)于實(shí)施100%PAUT 檢測(cè)的奧氏體不銹鋼管道焊口，應(yīng)選擇相應(yīng)的檢測(cè)探頭、對(duì)比試塊，檢測(cè)人員也應(yīng)具備相關(guān)檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，并編制專項(xiàng)檢測(cè)方案；還要選擇抽檢部分焊口進(jìn)行RT 和PAUT 的對(duì)比驗(yàn)證，這些焊口應(yīng)包含現(xiàn)場(chǎng)的固定焊口和預(yù)制焊口（宜優(yōu)先選擇RT 檢測(cè)II 級(jí)合格的內(nèi)部有不超標(biāo)缺陷的焊口，共選5 道焊口）。

2.3 高壓管道系統(tǒng)試壓分析

高壓管道系統(tǒng)有試驗(yàn)壓力高、盲板不易安裝、拆裝困難的問(wèn)題，同時(shí)要考慮高壓管道所有法蘭面參與水壓試驗(yàn)，減少拆裝和后續(xù)高壓管道高壓氣密所用時(shí)間，應(yīng)盡量形成大的試壓系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)階段應(yīng)考慮高壓管道如何劃分試壓系統(tǒng)，管道要和設(shè)備一起試壓，管道的試驗(yàn)壓力、試壓包劃分與設(shè)備設(shè)計(jì)壓力、試驗(yàn)壓力的匹配，以及是否要增加拆卸法蘭。

（1）對(duì)于不能隔離的高壓換熱器、空冷器，應(yīng)考慮與管道系統(tǒng)一起試壓；對(duì)于該部分設(shè)備的試驗(yàn)壓力不低于管道系統(tǒng)試驗(yàn)壓力的77%（按照SH3501 第8.1.8條），必要時(shí)提高設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力。

（2）對(duì)于有壓差設(shè)計(jì)要求的高壓換熱器，對(duì)管板的設(shè)計(jì)壓力、管程和殼程的試驗(yàn)壓力、設(shè)計(jì)的壓力差值應(yīng)與各自的管道試壓系統(tǒng)相匹配。

（3）管道材質(zhì)的選用除考慮操作溫度、壓力外，還需要統(tǒng)籌考慮系統(tǒng)的試驗(yàn)壓力，必要時(shí)提高材質(zhì)選用等級(jí)。

（4）加熱爐爐管的設(shè)計(jì)壓力、試驗(yàn)壓力與進(jìn)出口管道系統(tǒng)試驗(yàn)一致。

（5）需要與管道系統(tǒng)一起試壓的高壓部件，包括閥門、儀表件、取樣接口等的設(shè)計(jì)壓力與管道系統(tǒng)試驗(yàn)壓力一致。

2.4 系統(tǒng)氣密的分析

高壓管道系統(tǒng)的氫氣氣密是工程質(zhì)量最終檢驗(yàn)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，通常采取以下步驟保證系統(tǒng)的氣密性。

2.4.1 設(shè)計(jì)階段

設(shè)計(jì)階段優(yōu)化靜密封點(diǎn)的設(shè)置，減少高壓法蘭的數(shù)量；優(yōu)選焊接閥門；設(shè)備接口在滿足檢修的要求下，與管道也采用焊接的形式。

2.4.2 安裝前

安裝前加強(qiáng)對(duì)高壓管道材料的入庫(kù)檢查（外觀檢查、100%光譜檢測(cè)）、法蘭面檢查、維護(hù)和保管、金屬環(huán)墊的密封面/ 線檢查、連接螺栓的檢查，以及材料領(lǐng)用管理（按需、每日限額領(lǐng)用）。

2.4.3 安裝過(guò)程

在安裝過(guò)程中，高壓系統(tǒng)的靜密封點(diǎn)通過(guò)采取以下措施后，在氫氣的檢測(cè)中未出現(xiàn)泄漏的情況。

（1）規(guī)范靜密封點(diǎn)檢查程序：密封面完整性檢查→螺栓螺母清洗及檢查→法蘭對(duì)中回裝檢查→墊片表面及安裝檢查→法蘭施工緊固過(guò)程檢查→緊固結(jié)果檢查。

（2）加強(qiáng)安裝過(guò)程對(duì)密封面的檢查力度。組成以生產(chǎn)為主，監(jiān)理、總包、施工參加的檢查小組，對(duì)密封面和金屬環(huán)墊逐個(gè)檢查合格后方可正式安裝。法蘭密封面重點(diǎn)檢查油霧銹蝕、凹痕和劃傷等缺陷，如有輕微缺陷，可通過(guò)研磨進(jìn)行處理，對(duì)于缺陷嚴(yán)重的密封面采取現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工處理。

（3）優(yōu)化試壓、吹掃程序，減少拆裝，確保全部靜密封點(diǎn)參與系統(tǒng)水壓試驗(yàn)。試壓包與吹掃系統(tǒng)的劃分和實(shí)施必須緊密配合、銜接，減少拆裝工作量；管道的安裝、試壓與后期吹掃、沖洗配合，高壓管道采用先行吹掃再試壓的方案，對(duì)管道上如軌道球閥等內(nèi)潔要求較高的閥門下線，由生產(chǎn)部門組織分段進(jìn)行吹掃，吹掃完成一段，閥門回裝一個(gè)，保證全部靜密封點(diǎn)能夠參與水壓試驗(yàn)，并不再二次拆裝。

（4）所有靜密封點(diǎn)采用定力矩緊固。通過(guò)選用專業(yè)的定力矩緊固單位，對(duì)高壓螺栓的緊固力進(jìn)行計(jì)算，遵循同步緊固、順序緊固、分級(jí)加壓緊固的原則完成。

2.5 裝置總體平面布置的分析

高壓系統(tǒng)管道使用大口徑厚壁材料，每段管子管件、每臺(tái)閥門的重量大，需要使用大型吊車吊裝就位。設(shè)計(jì)階段對(duì)于裝置的平面布置，要考慮與大型設(shè)備運(yùn)輸、吊裝結(jié)合，減少大件設(shè)備的吊裝影響范圍，還要考慮管廊、框架、檢修場(chǎng)地的設(shè)置是否有利于遠(yuǎn)距離管道的吊裝。

3 可施工性分析的組織實(shí)施

3.1 開展可施工性分析的時(shí)段

在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和采購(gòu)階段開展可施工性分析，每個(gè)階段分析的側(cè)重點(diǎn)、每個(gè)需要分析的內(nèi)容并非一個(gè)階段就能全部解決，需要在不同的階段逐步深入的進(jìn)行，直至最后圓滿完成施工，才真正實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)意圖，達(dá)到項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)。

3.2 可施工性分析的組織

開展可施工性分析可以有研討會(huì)、論證會(huì)、評(píng)審會(huì)、調(diào)查訪問(wèn)等多種形式，一般由業(yè)主或EPC 總承包單位來(lái)組織，可以邀請(qǐng)同行業(yè)專家、潛在的施工承包商、設(shè)備材料供應(yīng)商和項(xiàng)目管理公司等參加。

4 結(jié)語(yǔ)

石化項(xiàng)目的特點(diǎn)、難點(diǎn)往往就是工程的關(guān)鍵點(diǎn)、關(guān)鍵路線，影響著項(xiàng)目的總體進(jìn)展。通過(guò)對(duì)工程特點(diǎn)、難點(diǎn)的可施工性分析，解決項(xiàng)目實(shí)施中的瓶頸問(wèn)題，最終達(dá)到加快進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全，保證質(zhì)量，降低成本的目的，進(jìn)而保證項(xiàng)目的整體目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。