一批 89×3.0 的 316L 焊管,输送循环冷却水,氯离子两百毫克每升,水温常年四十度上下。投用五年,年度检查表每年都填「外观无异常,无泄漏」。第六年入夏,一个 90 度弯头的背弧穿孔,水喷了一地。
切开量壁厚,背弧最薄处 0.9 毫米,同一个弯头的内弧还有 2.7,直管段 2.8。五年时间,那条弧上少了 2.1 毫米。
五年里,没人量过一个数。
这类事在厂里不算少见,根子往往不在管子,在检查表。表上写着「外观良好」,签字,归档,看起来该做的都做了,可表里没有一个能跟去年比的数字。没有数字,就没有趋势;没有趋势,就只剩下「等它漏」这一种发现方式。
这篇按一台装置一年的实际动作往下走:先分清年度检查和全面检验这两件事,再把外观该走到的六个点位说清楚,然后是壁厚布点与减薄率怎么算、焊缝该用什么手段、介质那五个数为什么年年在抄、保温层和支架这两处看不见的地方、台账与判废的四条线,末尾回到那根弯头。
按 TSG D7005-2018《压力管道定期检验规则—工业管道》,在用工业管道的检验分两级:年度检查和全面检验。
年度检查由使用单位自己组织,每年至少一次,在线做,不停车,不拆保温,不搭脚手架。内容以看、听、摸、记为主:管道有没有泄漏、有没有异常振动和变形、支吊架有没有失效、阀门法兰有没有渗、保温有没有破损、上次查出来的问题改没改。做这件事的人是本厂的设备员、操作班长,不需要外部资质。
全面检验要停机,要由有资质的检验机构做。要打开、要拆保温、要做壁厚测定、要做无损检测,必要时做耐压试验,最后给一个安全状况等级。首次全面检验一般在投用后三年内做;之后按等级定周期,一到二级的一般六年,三级的一般三到六年。
两件事的分工很清楚。年度检查管的是「有没有变坏」,全面检验管的是「坏到什么程度、还能不能用」。前者是筛查,后者是判定。筛查的价值在于把变化抓在早期,判定的价值在于给出结论和期限。
问题出在两头都想要一张表。很多单位的年度检查表直接照抄全面检验的项目,写上「壁厚测定」「无损检测」,实际上没做,因为在线的状态下做不了;或者反过来,把全面检验的结论抄进年度检查,写「管道完好」。这两种填法都留下一个空壳:责任看起来有人负了,数据一个没有。
合理的做法是把年度检查表改成「可量、可比」的格式。每一项后面留三个格子:本次值、上次值、变化。填不出数的项,宁可不写,也不要写「正常」。
「外观检查」最容易被做成绕一圈签字。拿着手电走一趟,看一眼没锈没漏,完事。这种检查对不锈钢管道几乎没有价值,因为不锈钢的失效方式不是碳钢那种大面积锈穿,而是点蚀穿孔、缝隙腐蚀、焊缝开裂,早期都是毫米级的小点,隔着两米根本看不见。
六个点位,一个一个说。
一是焊缝本体。外焊缝看焊趾,那是咬边和裂纹的起点;内焊缝靠内窥镜,或者从法兰口、手孔伸进去看,重点看余高过大的地方,那里容易积料。焊缝表面出现细而连续的线,不管多短,先按裂纹对待,打磨复检。
二是热影响区那条带。焊缝两侧各十到二十毫米,是敏化和σ相析出的位置。颜色从出厂时的淡黄淡蓝变成灰黑,本身不是缺陷;灰黑加上潮湿,就是锈的前兆。锈点的形态要看:一片薄薄的浮锈,多半是外部铁污染;针尖状、周围一圈锈晕,是点蚀,要测深。
三是弯头的背弧。流体转向,离心力把固相颗粒、气泡、冲蚀性介质甩到外侧弧背,这里是全线减薄最快的地方。看的时候要注意角度,背弧朝上还是朝下,减薄速率差得远:朝下的背弧积料,朝上的背弧冲刷。同一批弯头,先查流速最高、转向最急的那几个。
四是支吊架接触处。不锈钢管直接坐在碳钢支架上,中间没有隔离垫,就是一对电偶。这一处要看两个方向:碳钢支架烂了没有,不锈钢管在接触面上有没有点蚀或者缝隙腐蚀。卡箍、U 型螺栓、管托,都是重点。
五是法兰与垫片。垫片挤出、螺栓锈蚀、法兰密封面有渗痕,这三样都说明这里曾经漏过或者正在渗。不锈钢法兰的螺栓孔是缝隙,氯离子容易在这里浓缩,常年不拆的法兰,一拆就是一个惊喜。
六是管底、死角和低点。水平管底部、盲管段、排净口、坡度不对的低洼处,都是积料和积水的位置。沉积物下面缺氧、氯离子浓缩,是缝隙腐蚀和点蚀的高发区。一根管子整体锃亮,底部一摸一层泥,这种情形很常见。
这六处每处都要留照片,照片带上日期和管段编号。不带编号的照片,第二年翻出来就没用了。
回到那根弯头。同一批数据,两种算法。
按平均值算:出厂 3.0,五年后把背弧、内弧、直管段一起平均,得到 2.4,减薄 0.6,速率 0.12 毫米每年。腐蚀裕量按 1.0 算,还能用十年以上。结论:正常。
按最小点算:背弧 0.9,减薄 2.1,速率 0.42 毫米每年。剩下 0.9,照这个速度,两年出头就透。结论:马上处理。
同一根管子,差出一个「安全」和一个「事故」。差别不在仪器,在取哪个数。
所以定点测厚的四条规矩是:固定点位、固定仪器、固定耦合剂、每次只记最小点。四条里少一条,数据就没法跟前一次比。
布点怎么布,比仪器选哪台重要得多。弯头的背弧,纵向三点、周向三点,九点;三通和大小头的肩部,各三点;焊缝两侧各二十毫米,内外各一圈;直管段每两到三米一处,同一截面测 0、90、180、270 四个方位;泵出口、调节阀后、介质入口,这几处冲刷最狠,加密;水平管底部必测。
每处至少测三点,取最小值,读数记到 0.1 毫米。记平均值没有意义,壁厚不是温度,平均下来不代表任何真实位置。
仪器这边有讲究。测薄壁和不锈钢,用双晶探头,能减少曲面和粗晶带来的干扰;小口径和弯头,配小径探头贴着测;耦合剂用甘油或者专用耦合膏,普通机油在立面和顶面留不住,读数跳。同一根管子历次要用同一型号探头,每半年用标准试块校一次。换探头不换记录,就等于换了一把尺子却还在跟老数据比。
判据三条,缺一不可。第一条,最小实测壁厚跟最小需要壁厚比。第二条,年减薄率跟设计腐蚀速率比。第三条,本次跟上次的差值有没有突变,突变量超过前几次平均值的两倍,就要查原因,别当成测量误差抹掉。
最小需要壁厚可以算。89×3.0 的 316L,设计压力 1.6 兆帕,设计温度 60 度,按 GB/T 20801.2 取许用应力约 120 兆帕,焊接接头系数取 1.0,外径公式:
δ 等于 p 乘 Do,除以 2 乘许用应力乘接头系数再加 p。代入:1.6 乘 89,除以 2 乘 120 乘 1.0 加 1.6,等于 142.4 除以 241.6,约 0.59 毫米。
这个数很容易被误读。有人一看只要 0.59,就说「我还有 0.9,安全」。这个推理把「强度够」当成了「能用」。0.59 是承压的下限,里面不含腐蚀裕量,不含钢板负偏差,不含 GB/T 12771 对最小壁厚的规定,更不含局部坑的应力集中。一个 0.9 毫米的点,四周是 2.7,坑底是三向应力状态,实际承载远低于按均匀壁厚算出来的结果。
现场真正能用的判据是另一个:剩下的壁厚,按当前的减薄速率,还能撑多久。0.9 除以 0.42,两年出头;扣掉安全余量,一年内必须动。这个数才是决定换不换的东西,也是能在会上说清楚的东西。
在役焊缝的缺陷有两个来源。一个是出厂就带着的:未熔合、未焊透、咬边、余高过大。这类缺陷不会自己长大,但在交变载荷和腐蚀介质里会慢慢扩展。另一个是服役中长出来的:疲劳裂纹、氯离子应力腐蚀裂纹、晶间腐蚀引起的沿晶开裂。
查的手段按「表面优先」排。
渗透检测是主力。不锈钢无磁,磁粉找不到落脚点;射线在役基本不做,要清管、要场地、有辐射管理,成本高,而且中心线的纵向裂纹本来就照不出来。渗透按 NB/T 47013.5 做,Ⅰ级合格。步骤是打磨到金属光泽、清洗、渗透不少于十分钟、显像后观察。
打磨方向是个细节。焊趾处的打磨要顺着焊趾走,不能横着磨出一道沟,那道沟会被显像剂填满,出来一条假显示,白折腾一天。焊趾的咬边、内焊缝的根部,都是裂纹最常起的位置,这两处要多花时间。
内壁用内窥镜。小口径从法兰口、手孔伸进去,大口径上爬行器。重点看内焊缝余高过大的地方,那里是积料和缝隙腐蚀的起点;还要看焊根有没有内凹、错边,这两样都会在介质侧形成缝隙。
硬度与金相复膜不是每年做,是全面检验时抽做。焊缝热影响区打硬度,硬度异常升高要留意σ相析出;金相复膜按 GB/T 13298,看晶界有没有连续析出、有没有敏化迹象。高温服役(四百摄氏度以上)的管子,这两项的价值比射线大。
铁素体这一项容易被忘。含铁素体的焊缝长期在四百到九百摄氏度服役,铁素体会转成σ相,韧性和耐蚀一起往下走。有条件测一下,铁素体数比出厂时掉了一半以上,就要警觉。测法按 GB/T 1954,跟出厂报告用同一种方法,否则两个数没法比。
还有一条不算检测,但很管用:摸焊缝的颜色变化。出厂时的淡黄、淡蓝,服役几年后变成灰黑,这个变化本身不是缺陷;灰黑加潮湿,就是锈的前兆,比看锈点早半年。
年度检查表上「介质」这一栏,多数单位写的是「循环水」或者「工艺物料」,十年不变。有用的记法是五个数:氯离子、温度、pH、流速、开停工次数。
氯离子是奥氏体不锈钢的死穴。公开资料的口径,常温下 304 大致能扛到两百毫克每升,316L 到五百毫克每升;温度一上来,门槛急转直下,六十摄氏度以上,304 在几十毫克每升就可能出应力腐蚀裂纹。这些数不是绝对值,跟氧含量、应力水平、缝隙、表面状态都有关,但量级是对的。测氯离子用滴定或者离子色谱,一年一次,取样点要在最不利的位置,比如换热器出口、低点、死角。
温度要记最高值和波动范围。氯离子应力腐蚀的敏感区间大致五十到一百五十摄氏度。低于五十度风险明显下降;高于一百五十度,水汽化、盐浓缩,问题换了形态但没消失。所以「夏天比冬天容易漏」不是错觉,是温度把管子推过了那条线。
pH 要记。偏酸时钝化膜不稳,pH 低于 4,316L 在含氯环境下的点蚀电位明显下降;偏碱到 pH 10 以上,高浓度碱会引起碱脆,这一条对碳钢更明显,不锈钢在高温浓碱里也会出问题。
流速要记。低于 0.6 米每秒,固相沉积,沉积物下面就是缝隙腐蚀;高于 3 米每秒,冲刷加剧,弯头背弧的减薄速率成倍上升。含固相介质的合理区间通常在 1 到 2 米每秒。流速不是设计值,是实测值或者按实际流量换算的值,泵改造过、阀开度变过,流速就变了。
开停工次数最容易被漏掉,又最能解释异常。每次停机,管里残留的水排不干净,水汽蒸发、氯离子浓缩,浓度可以是正常运行时的几十倍。一台装置一年开停十次,等于给管子做了十次浓缩浸泡。停用期间不排空、不吹干、不充氮保护,腐蚀速率比运行时高一个量级。
这五个数记下来,用处是能把「怎么突然就漏了」变成「早就该漏了」。介质没变、温度没变、流速没变,出了问题是管子或者焊缝的事;其中一项变了,先查那一项。
这两处的问题都在里面,外面看着好好的。
不锈钢的保温层下腐蚀,机理跟碳钢不是一回事。碳钢是保温进水、氧浓差电池、外壁起锈;不锈钢是保温材料里的可溶性氯离子被水浸出,在管壁上浓缩,形成从外壁往里走的应力腐蚀裂纹。温度带五十到八十摄氏度最敏感,这个区间水能长期存在,又不至于很快蒸干。表现是保温层下一道道细裂纹,外壁看不出锈,敲一敲声音发闷。
判断要不要拆,看四条:外护层破损或者密封胶开裂、下沿有水流痕、保温棉捏上去是湿的、同一段管子的外护层比别人凉。四条里任何一条成立,就拆一段看,拆的时候管顶和管底都要看,管顶是水汽凝结,管底是积水。
保温材料的选择在订货时就要定。岩棉、硅酸铝的氯离子浸出量比泡沫玻璃、气凝胶高,不锈钢管道用岩棉,要么选低氯型,要么在管壁和保温层之间加一层铝箔隔离。这一条写进技术协议很便宜,装完了再改很贵。
支架这一处,先看电偶。不锈钢管直接压在碳钢支架上,中间没有隔离,就是一对电偶,碳钢做阳极先烂。面积比反过来的时候(小块碳钢贴着大段不锈钢),不锈钢这一侧会出现点蚀和缝隙腐蚀。做法是加不锈钢垫板、聚四氟垫片或者绝缘涂层,接触面上不能有积水。
再看两件事:脱空和卡死。管子热胀冷缩,滑动支架应该能滑,卡死了就变成固定点,热应力全落在焊缝和法兰上。脱空是支架下沉或者管子悬空,局部应力集中,加上振动,焊缝迟早出问题。检查的时候用手推一推,看能不能动,看支座和管子之间有没有缝。
一管一档,档案里六样东西,缺一样后面就接不上。
第一样,基础数据:管段编号、规格、材质、炉批号、投用日期、设计压力与温度、介质、保温形式。
第二样,测点图。画在轴测图上,每个点编号,标出方位,用钟点表示,比如「弯头 A 背弧 3 点」。没有图,第二年找不回同一个点,数据就断了。
第三样,历次测厚数据。日期、点位、读数、仪器编号、探头型号、耦合剂,全写。少一样,两个数不可比。
第四样,减薄速率与剩余寿命。这是算出来的,不是抄出来的,写清楚用的哪个公式、哪个许用应力、哪个腐蚀裕量。
第五样,检验报告。年度检查记录、全面检验报告、无损检测报告,按时间顺序放。
第六样,问题与整改。发现什么、怎么处理、谁签字、什么时候关掉。这一样最容易被省,也最有用。
判废与更换看四条线。第一条,最小实测壁厚低于最小需要壁厚(含腐蚀裕量)。第二条,年减薄率超过设计值两倍,而且通过工艺调整降不下来。第三条,出现贯穿性裂纹,或者裂纹长度超过焊缝总长的两成,挖补也补不干净。第四条,同一管段补焊三次以上,或者同一截面两处以上缺陷。
还有三条属于「不判废但要处理」:局部点蚀坑深超过壁厚三成;焊缝有未熔合,长度小于十毫米且不在焊趾;支吊架失效但管道没有明显变形。这三条记录下来,加密监测,下次检验重点看。
台账的价值不在检查的时候,在出事的时候。客户拿着一根爆裂的管子找上门,能拿出五年的测点数据和减薄曲线,责任在谁说得清;拿不出来,就只剩下扯皮。厂里每年花几天时间做这件事,抵得上一次事故的赔偿。
事后查那根弯头,三个原因叠在一起。
一是介质里带少量悬浮物,流速在弯头处局部升到 3.5 米每秒,背弧冲刷。二是氯离子两百毫克每升,水温夏天到四十五度,正好落在点蚀敏感区。三是这个弯头是三段焊成的虾米弯,两道环焊缝都在背弧上,焊缝余高成了湍流源,余高后面那一小段是减薄最快的点。
三件事单独都不致命,叠在一起,五年少了 2.1 毫米。
改法也对应三条:弯头换成推制弯头,环焊缝从两道减到零;加过滤器,流速降到 2 米每秒以下;氯离子控制到 50 毫克每升以下,控制不住就换双相钢。三条做完,同一个位置一年减薄 0.06 毫米,寿命从五年变成三十年以上。
如果五年前第一次年度检查就量了那个弯头的背弧,这条曲线早就在台账上了,第四个年头就能看出趋势,第五年就该动手。同样的管子,同样的介质,差别只在于有没有一个数。
主要依据是 TSG D7005-2018《压力管道定期检验规则—工业管道》对年度检查与全面检验的分类、年度检查由使用单位开展、首次全面检验时机与检验周期按安全状况等级确定、安全状况等级划分与处理的规定,TSG 21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》对在用设备检验的相关要求,GB/T 20801.1 至 20801.6《压力管道规范 工业管道》对许用应力、最小需要壁厚计算、材料选用与检验要求的规定,GB/T 12771-2019《流体输送用不锈钢焊接钢管》对化学成分、力学性能、最小壁厚与表面质量的规定,GB/T 14976《流体输送用不锈钢无缝钢管》的对照要求,NB/T 47013.3 与 NB/T 47013.5 对超声检测与渗透检测的方法与质量分级规定,GB/T 3323.1 对射线检测的规定,GB/T 7735 对钢管涡流检测的规定,GB/T 4334《金属和合金的腐蚀 不锈钢晶间腐蚀试验方法》,GB/T 1954-2008《铬镍奥氏体不锈钢焊缝铁素体含量测量方法》,GB/T 13298《金属显微组织检验方法》对金相复膜检验的规定,GB/T 2102《钢管的验收、包装、标志和质量证明书》对交付文件的规定,GB 50235《工业金属管道工程施工规范》与 GB 50184《工业金属管道工程施工质量验收规范》对安装与验收的规定,GB/T 30579《承压设备损伤模式识别》对均匀减薄、点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂等损伤模式的描述,以及公开网络上关于奥氏体不锈钢在含氯介质中点蚀与应力腐蚀的门槛条件、保温层下外部应力腐蚀的成因与温度敏感区间、弯头背弧冲蚀减薄规律、定点测厚布点与减薄速率评定方法、σ相析出对韧性与耐蚀性影响的技术资料。
数据来源:来自公开网络。
钢管动力,关联公众号:钢标控。
厂内冷却水管不算压力管道,也要按这套做吗?
法规那套只管被纳入监管的压力管道,厂内常压冷却水、消防水、食品级工艺管多数不在范围内,不做年度检查和全面检验也不违规。但介质腐蚀这件事不看有没有监管。合理的做法是借这套方法自己建一套:外观六个点位、定点测厚、介质五个数、一管一档,四件事做下来成本很低。区别在于周期可以自己定,弯头和焊缝这些高风险点一年一次,直管段两年一次,不用等外部机构。真出了事,能拿出这套记录,比一句「不属于监管范围」有用得多。
定点测厚多久做一次,每次都得拆保温吗?
不必每次都拆。常规做法是设「监测点」和「普查点」两套:监测点是弯头背弧、三通肩部、泵出口这些高风险位置,装保温时预留可拆卸的保温盒或者开检测窗,平时打开就能测,一年一次;普查点在直管段,跟着全面检验的停工期一起做,两到六年一次。保温层下腐蚀那一类问题,靠测厚发现得晚,得靠外观四条判断先筛,可疑段再拆。新装置安装时把检测窗一次做到位,后面十年都省事。
测厚读数比出厂壁厚少了一截,是管子薄了还是仪器不准?
先分三种情况。一是系统性偏差:所有点都少同样的量,八成是仪器或者声速设置的问题,用标准试块校一下,再看探头是不是贴得不实。二是个别点偏低:只有弯头背弧和焊缝附近低,那是真减薄,看形貌,均匀下降是冲蚀,坑状是点蚀。三是读数忽高忽低:曲面没贴实、耦合剂太薄、管内壁有垢,换小径双晶探头、多测几次取稳定值。要注意出厂壁厚是名义值,实际有正负偏差,GB/T 12771 允许一定范围,所以比对时用同批实测的直管段做基准,比拿出厂名义值靠谱。
焊缝渗了一点,打个卡箍带压堵住继续用行不行?
应急可以,长期不行,而且要先弄清渗的是什么。氯离子介质里的焊缝渗漏,背后往往是一条正在扩展的应力腐蚀裂纹,卡箍把外面箍住,裂纹在箍下面继续走,走到一定程度是整段崩开,不是渗。做法分两步:先按应急预案处理,降压、打卡箍、隔离;然后在最近一次停机窗口做渗透检测,确认是裂纹还是气孔、未熔合,是裂纹就挖补或者换段。带压堵漏的卡箍本身也是缝隙,氯离子在缝隙里浓缩,会把周边一起带坏。这一条在含氯、含硫介质上尤其要守住。
装置停了半年,重新开工前要补哪些检查?
停用期的腐蚀往往比运行期更狠,重新开工前要做四件事。一是排空与干燥情况复核,低点和盲管段要确认真的排干了,有条件做露点或者内窥镜抽查。二是外观复查,重点看管底、死角、法兰缝隙有没有新起的锈点和白花。三是定点测厚,跟停用前那一组数据对一次,差值异常的点做渗透。四是阀门和支吊架,长期不动的阀门要开关一次,卡死的滑动支架要复位。停用期间做过充氮保护的,开工前要按规程置换,不能直接进气。这四件事做完再开工,比开工后堵漏便宜得多。