火災事故后特殊類別壓力管道檢驗問題匯總與分析

王紅源* 李斌彬 施星光 胡利晨

（寧波市特種設備檢驗研究院）

0 引言

寧波地區(qū)某化工企業(yè)70 萬t/a PTA 裝置發(fā)生事故后引發(fā)火災，導致部分設備受火并緊急停車，設備處于非正常停用狀態(tài)2 個多月，工藝處理復雜，設備腐蝕嚴重。管道上發(fā)生了大面積的點腐蝕情況，因為管道內(nèi)部空間狹小，無法通過宏觀檢驗發(fā)現(xiàn)內(nèi)部點腐蝕，且管道定期檢驗中的常規(guī)射線檢測主要針對焊口焊接質(zhì)量，很難顧及到管道母材，且對點腐蝕檢出率較低[1-2]。以內(nèi)部編號507 號管道為例，采用多種檢驗檢測技術(shù)對其過火后的情況和點腐蝕情況進行了判定，提出了PTA 裝置點腐蝕的有效檢測手段和注意事項。

1 特殊類別管道的定義與處理

為了提高檢驗的針對性與有效性，此次事故后定期檢驗時應根據(jù)受檢設備的特點，如設備的使用情況、受火情況、損傷模式、失效模式等方面，重點檢查過火影響范圍內(nèi)的管道、存在環(huán)境開裂傾向的管道以及由焊接直管、焊接彎頭等組成的管道，并將過火范圍內(nèi)的管道、事故管道同類損傷機理的管道以及高壓有縫的管道定義為本文探討的特殊類別管道。

1.1 過火范圍內(nèi)的管道

針對受到火災影響的壓力管道，要求企業(yè)尋找有資質(zhì)的評級機構(gòu)進行火災受損評價。根據(jù)火災受損評價報告，確定熱暴露區(qū)等級，從而確定哪些區(qū)域的管道會存在明顯的損傷。

對于有明顯損傷的壓力管道，應要求企業(yè)進行更換，如若不更換，則應要求企業(yè)組織相關(guān)專家評審，提出意見和建議。

企業(yè)委托有相關(guān)能力的機構(gòu)對火災中受到影響的PTA 產(chǎn)線區(qū)域內(nèi)壓力管道進行火災受損評價。根據(jù)評價結(jié)果，企業(yè)對受到火災影響且有明顯損傷的管道進行了更換。

1.2 事故管道為同類損傷機理的管道或高壓有縫的管道

根據(jù)事故管道破裂原因的分析（原因之一是HBr等強腐蝕性介質(zhì)與聚集引起管道內(nèi)表面發(fā)生大面積應力腐蝕開裂），結(jié)合介質(zhì)、材料篩選出同類損傷機理的管道；根據(jù)設計壓力大于等于4.0 MPa 且管道母材存在直焊縫，篩選出高壓有縫管道。

對于該類管道，主要采用新技術(shù)（CR、DR 或者相控陣檢測）來篩查母材和焊口的應力腐蝕開裂和母材腐蝕情況，篩查比例應為20%的管道總長度母材。

2 檢驗過程與結(jié)果分析

2.1 檢驗過程

通過宏觀檢驗、壁厚測定、射線檢測、超聲波檢測、CR 檢測或者相控陣檢測、表面檢測，發(fā)現(xiàn)特殊類別管道主要存在以下缺陷：（1）管道在制造安裝過程中產(chǎn)生的缺陷，主要表現(xiàn)為未熔合、未焊透、條渣、氣孔等埋藏類危害性缺陷；（2）管線使用過程中產(chǎn)生的缺陷主要為管道的局部減薄和局部腐蝕。

通過匯總發(fā)現(xiàn)腐蝕減薄的管道主要集中在CTA裝置中，下面就檢驗過程中發(fā)現(xiàn)的具有典型性的一根管道進行具體分析。內(nèi)部編號507 號管道主要技術(shù)參數(shù)可見表1，507 號管道切割后內(nèi)壁腐蝕坑圖像可見圖1。

表1 CTA裝置507號管道主要技術(shù)參數(shù)

圖1 切割后內(nèi)壁腐蝕坑圖

2.2 結(jié)果分析

分別采用CR、DR、全聚焦相控陣技術(shù)對507 號管道切割后內(nèi)壁腐蝕坑進行檢測。

2.2.1 CR檢測結(jié)果

利用CR 技術(shù)檢測出007A 位置的1 處深孔缺陷F1，該缺陷與母材的黑度差較大，為典型的深孔缺陷，深孔直徑為4.1 mm。此外，在007A 位置處還發(fā)現(xiàn)了2 處圓形缺陷（F2 和F3），其直徑分別為2.8 mm和2.5 mm 如圖2 所示。

圖2 007A處CR成像圖

2.2.2 全聚焦相控陣檢測結(jié)果

CR、DR 檢測技術(shù)能有效地檢測出壓力管道內(nèi)壁

2.2.3 DR檢測結(jié)果

在CR 檢測的基礎上，對007A 同一位置再次實施DR檢測。檢測發(fā)現(xiàn)的3個缺陷均與母材黑度相差較大，為典型的深孔缺陷。其中，缺陷F1 直徑為4.0 mm，另外兩個缺陷F2 和F3 直徑分別為2.7 mm 和2.3 mm，如圖3 所示。

圖3 007A處DR成像圖

2.2.4 全聚焦相控陣檢測結(jié)果

CR、DR 檢測技術(shù)能有效地檢測出壓力管道內(nèi)壁腐蝕坑，精確地測量腐蝕坑的直徑，但難以確定缺陷的自身高度，只能通過黑度大小來估算缺陷在透照方向的厚度。由于深孔直徑較小，為了精確的測定缺陷的形貌特征，采用高分辨率的全聚焦相控陣技術(shù)。采用相控陣直探頭垂直入射法檢測缺陷的輪廓形貌，如圖4 所示，利用相控陣斜探頭橫波入射法檢測缺陷在壁厚方向上的擴展情況，如圖5 所示。由于缺陷為尺寸較小的腐蝕孔，在檢測過程中，相控陣探頭的輕微移動，容易引起檢測信號的消失。最終檢測得到了3 個深孔缺陷，F(xiàn)1、F2 和F3 的直徑分別為4.2 、3.2 、2.6 mm，自身高度分別為1.8 、1.2 、1.0 mm。

圖4 腐蝕坑直探頭檢測圖

圖5 腐蝕坑斜探頭檢測圖

2.2.5 三種檢測方法比較情況

通過對檢測結(jié)果進行對比后可以發(fā)現(xiàn)，三種檢測方法發(fā)現(xiàn)的深孔缺陷直徑大小基本一致，但是全聚焦相控陣檢測方法還可以確定缺陷的自身高度。

壓力管道檢驗過程中常采用射線膠片照相技術(shù)來檢測埋藏缺陷，該檢測方法不僅檢測效率低，而且還會出現(xiàn)各種問題。在這種情況下，CR 與DR 檢測技術(shù)的應用得到了更多重視[3]。

對于檢測曝光時間，CR 檢測比常規(guī)射線檢測時間要縮短10%～60%，同時具備較高的寬容度，此外，CR 檢測的IP 板可以實現(xiàn)一定程度的彎曲，適用于結(jié)構(gòu)存在彎曲的檢件，檢測完成得到數(shù)字射線成像文件，可以在計算機上編輯評圖，沒有常規(guī)射線底片的運輸、曝光、曬片等工序，提高了檢測效率，同時也能滿足檢測所需的靈敏度[4]。

DR檢測技術(shù)在檢測過程中能實時顯示數(shù)字圖像，利用相關(guān)的軟件可使圖像上的缺陷清晰可見，達到比較高的分辨率；此外，DR 檢測不需要較大的曝光量，采用普通X射線機檢測就能得到清晰合格的圖像，且寬容度較大；結(jié)合計算機上的各種圖像處理技術(shù)，可以對缺陷影像進行觀察和分析，提高缺陷的定量精度；利用計算機網(wǎng)絡技術(shù)，數(shù)字射線的圖像可以簡單快捷地傳輸，方便遠程評片和技術(shù)交流。

在實際檢測過程中，CR 檢測和DR 檢測在成像質(zhì)量、檢測時間以及可操作性等方面存在較大的差別，應根據(jù)現(xiàn)場實際需求與環(huán)境，選擇合適的方法。

相對于射線檢測，相控陣檢測受檢測環(huán)境影響較小，也沒輻射，檢測效率高，利用各種掃查方式可以建立試件的三維圖形，利用各種色彩可以從圖形中直觀地看到缺陷的形貌，具有較高的靈敏度和分辨率，對于缺陷的定量和定性較為準確，同時相控陣的檢測文件也能利用網(wǎng)絡傳輸，方便遠程評圖和技術(shù)交流。

綜上所述，對于壓力管道內(nèi)部點腐蝕的檢測，建議先用數(shù)字射線技術(shù)CR/DR 進行大面積檢測，發(fā)現(xiàn)缺陷后再結(jié)合相控陣檢測技術(shù)進行綜合診斷。

3 腐蝕原因分析

3.1 工藝分析

CTA 裝置中的氧化工藝主要以對二甲苯為原料，醋酸為溶劑，空氣為氧化劑，氫溴酸為促進劑，反應式如下：

3.2 腐蝕機理分析

醋酸是酸性溶劑，會對鋼鐵材料產(chǎn)生腐蝕，腐蝕程度與醋酸的濃度、溫度和流速等有關(guān)。一般情況下，不銹鋼在醋酸溶液中的耐蝕性能隨著溫度和醋酸濃度的升高而降低。不銹鋼表面在有氧存在的情況下容易產(chǎn)生鈍化膜，鈍化膜可以保護不銹鋼不被腐蝕，但是當溶液中存在Cl-、Br-等鹵素離子時，不銹鋼表面的鈍化膜會被鹵素離子破壞，在鈍化膜破壞處易產(chǎn)生孔蝕，發(fā)生孔蝕后，鹵素離子容易在蝕孔處聚集，加劇孔蝕，同時也加速了醋酸溶液對不銹鋼管道表面的腐蝕[5]。

4 結(jié)論

（1）應重視資料審查工作，關(guān)注事故后處理工藝過程中介質(zhì)及使用介質(zhì)的成分分析，制定檢驗方案前應與使用單位的相關(guān)人員進行充分的溝通交流，開展設備運行過程中、緊急停車過程中、堿洗、水洗處理過程中的設備損傷機理分析。

（2）綜合應用多種檢測技術(shù)，覆蓋缺陷檢測盲區(qū)，提高檢驗有效性。根據(jù)檢驗情況的特殊性，應用火災受損評價、CR/DR 檢測、相控陣檢測等多種技術(shù)方法，有效識別受火影響區(qū)域內(nèi)壓力管道的損傷情況以及篩查母材應力腐蝕開裂及母材腐蝕情況，滿足火災事故后壓力管道檢驗的特殊性要求。對壓力管道內(nèi)部點腐蝕進行檢測時，建議先用數(shù)字射線技術(shù)CR/DR 進行大面積檢測，發(fā)現(xiàn)缺陷后再結(jié)合相控陣檢測技術(shù)進行綜合診斷。

（3）通過腐蝕原因進行分析后，提供如下建議：a）采用對溴醋酸耐蝕性較高的材料，在含溴醋酸環(huán)境高溫氧化段，當溫度低于105 ℃時，可選用超低碳含鉬不銹鋼，當溫度高于105 ℃時，可選用鈦材；b）不銹鋼管道發(fā)生點腐蝕的主要原因是溴離子對于不銹鋼鈍化膜的破壞，因此可通過改進工藝，降低介質(zhì)中的溴離子含量，減緩腐蝕，適當降低溫度，避免溫度在近介質(zhì)沸點區(qū)操作，防止因介質(zhì)沸騰加劇腐蝕反應；c）停工檢修期間，對容易發(fā)生腐蝕的部位進行檢驗檢測，可采用定點監(jiān)測或在線腐蝕監(jiān)測的方式，對于腐蝕嚴重的部位做好記錄。