压力管道设备员培训课件

压力管道设备员培训课件,机动处 黄 鑫,2019/5/4,2,一、石化工业管道使用现状与常见缺陷分析 二、正确把握“管检规”重要概念与条文 三、工业压力管道安全保障技术研究进展 四、基于风险的检验（RBI）简介,主要内容,我国石化企业工业管道使用现状,2019/5/4,4,1.1 我国工业压力管道事故情况,图 19942002年部分国内压力管道事故的统计情况,2019/5/4,5,图2 19942002年部分国内工业压力管道事故直接经济损失情况,2019/5/4,6,图3 石化企业、类管道事故原因,安装原因,设计原因,制造原因,管理不善,腐蚀与冲蚀,石化企业压力管道中常见缺陷情况及分析,2019/5/4,8,2.1 先天原始缺陷(60%)与使用中的新生缺陷(40%)相互影响,九十年代以前投用的压力管道由于制造安装质量严重失控，管道中原始缺陷较多 九十年代以后在用的新老管道由于介质腐蚀性加剧，管道中新生缺陷，尤其是介质环境引起的损伤明显增多 一般情况下管道严重损坏事故大多由原始缺陷引起，3540%是使用中的缺陷与损伤引起 原始缺陷与使用中新生缺陷是相互影响的，一条管线原始缺陷多，在使用中也容易新生缺陷，如不合理管道结构，不合适的管道组成件选型都会在使用中诱导缺陷产生 使用环境变化也会使一些人们不注意的原始问题暴露,2019/5/4,9,2.2 原始缺陷中的焊接缺陷占80%以上 管检规第49条,2019/5/4,10,马鞍焊缝接口问题造成的失效：,图4 接管角焊缝的不规范焊接 a. 对口间隙大小不均：导致局部未焊透或焊肉较簿，在热应力和腐蚀介质富集下的断裂泄漏； b. 在对口间隙大的一侧填塞金属，致使严重未焊透开裂,2019/5/4,11,低点放空接管角焊缝问题,图5 低点放空接管 a. 开口的随意性：接管不插入，插入无间隙 b. 焊接位置困难：导致焊肉不饱满、缺肉、焊波不均匀、受力后断裂,2019/5/4,12,2.2.2 焊接接头焊接工艺不严格执行,a. Cr-Mo钢同钢种焊缝 预热温度、层间温度、后热处理的温度不按焊接工艺进行，使焊接头出现淬硬组织，容易产生开裂。 b. Cr-Mo钢用奥氏体类不锈钢焊条的异种钢焊接 用交流电源和直流正极焊接，导致熔深大、焊接接头热影区增宽、降低接头抗冲击能力，熔合区组织易出现马氏体组织，在熔合线处出现裂纹或“刀状腐蚀”。 奥氏体焊条碳含量偏高，如C0.20，易出现晶间腐蚀或晶间应力腐蚀。 奥氏体焊条的Ni、Cr含量偏低，易在接头的熔合区出现淬硬组织，出现裂纹。 用焊碳钢的操作(运条方式)施焊不锈钢焊缝，焊接线能量偏大，易出现过热缺陷。如晶粒粗大，碳化物沿晶界折出的敏化失效。,2019/5/4,13,2.3 凹坑与局部减薄类缺陷的“死”与“活” 管检规第46、47、48条,表面缺陷打磨形成凹坑“死”缺陷 由表面缺陷打磨形成凹坑，在使用中没有介质腐蚀的话，这类凹坑或局部减薄一般不会发生变化，是“死”缺陷，而且位置固定，容易发现与监控，相对危害性较小。 腐蚀坑、冲刷磨损沟槽“活”缺陷 在使用中产生的凹坑与减薄，如腐蚀坑，冲刷磨损沟槽等等，这类缺陷是“活”缺陷，减薄尺寸会不断加大，并且可能存在于管道任何位置，难于发现，因而危害性较大，企业中的很多多爆炸事故因此而引起。,2019/5/4,14,2019/5/4,15,2.4 无形的缺陷 管检规第45条,“有形缺陷” ，是可以用无损检测方法发现的，如裂纹、未焊透、气孔等焊接缺陷及几何偏差 “无形缺陷”，无形、弥散、难以用无损检测方法发现，一般无法修复，是材质的损伤与蜕化，如氢脆、应力腐蚀、回火脆化等等。 如美国1999年加氢裂化管线爆炸就是因为临氢管线上铸态不锈钢阀门脆化损伤引起。 大连WEPC的阀门已发现了同样问题，只是发现及时未酿成事故。,图6 高温油气管线的球化和石墨化,2019/5/4,16,图7 奥氏体不锈钢 晶间腐蚀,图8 奥氏体不锈钢 应力腐蚀,2019/5/4,17,图9 低碳钢珠光体球化及石墨化,图10 低碳钢珠光体球化(完全),2019/5/4,18,2.5 结构缺陷 管系结构布置不合理、变形无法补偿、局部高应力等 管检规第44条,图11 两管道间跨线加阀门,2019/5/4,19,两条蒸汽跨线连接转线 a图在“B”蒸汽配汽线上马鞍焊缝开裂、泄漏 b图改接后的跨线上增加一只弯头，马鞍口焊缝处的应力状况得以改善再不开裂不泄漏,图12 两蒸汽线间跨线连接方法,2019/5/4,20,2.5.2 管系中的高应力“点”，导致开裂、泄漏,图12 两换热器壳程之间连接线,如图，两换热器壳程管系中大小头端部的“4点”，计算反力矩达4543kgfm，焊缝出现过裂纹并泄漏。为降低“4点”的反力矩，将大小头移至“B或C”点、“4点”的反力矩就降至2182.3kgfm。使“4点”的反力矩减少了50%以上，就免除了裂纹的再出现,2019/5/4,21,如图，换热器E01的连接法兰“A”长期泄漏，在法兰密封面上采用更换垫片材质和垫片型式，均未能消除泄漏，应力分析计算结果表明，其X、Z方向的合成反力矩达7292kgfm，将管系按图示要求改造后，合成反力矩降至1025kgfm，法兰处不再出现泄漏。,图14 换热器与过滤器之间管系改造前后图,2019/5/4,22,2.5.3 管系结点因疲劳应力导致的开裂,图15 焦炭塔塔底进料及暖塔管系图 1四通切换阀 2,3 塔底进料口 4,5 暖塔堵焦阀口,焦碳塔塔焦阀接管 48小时在四通阀“1”处变换一次进油状态，进油温度达480时 “4”、“5”点的轴向温差高达153(一般72)。 在430壁温下计算的管端推力矩达20.236N.m。 在长年的温差引起的管端推力矩的作用下，出现沿接管加强板角焊缝的整圈开裂。 断口取样经电镜观察图象，呈典型的疲劳条纹形断口，裂纹深度达36毫米。,2019/5/4,23,制氢装置酸性水汽提进水管接管，在塔壁进口接管处呈穿透性断裂,图16 气提塔塔入口接管角焊缝穿透裂纹,2019/5/4,24,2.5.4 地基沉降原因,宝钢一期动力管网地处沿海地基沉降普遍、建造时基础处理不到位。 主管道支架附近新建车间或挖排水沟，水土流失，由于基础沉降不均，最大降量达到320mm，造成主管道水平度出现偏差，受力不等，在工作应力状态下管道有些部位的应力水平大大超过原设计水平 。 如在化工厂附近由于2200mm主管道与支管道1800mm管道基础沉降不均匀，造成支管道严重开裂、膨胀节也因此发生变形及泄漏。 对宝钢一期动力管网因基础沉降引起管道、膨胀节受力不均进行了有限元计算与分析。 部分计算结果见下图：,图18 支架不均匀沉降使管道受力不均,图17 支架不均匀沉降状态,2019/5/4,26,2.6 管道组成件与支承件的质量问题 管检规第45、51、52条,管件(三通、弯头、大小头等)、法兰、螺栓、垫片、阀门、接头、过滤器、支吊架等组成件与支承件的失效破坏同样也会造成管道的失效与破坏。由于这些元件涉及专业多、行业广，长期以来，质量难以控制。,2.6.1 管材自身质量不合格 化学成分严重偏差 管壁厚度不均 管材自身有可见裂纹和壁厚分层 管材(不锈钢)其微观组织出现差异,2019/5/4,27,2.6.2 管道组成件的质量问题 合金钢管件热处理质量控制不严格，导致高硬度管件在焊接、试压和使用中开裂 管件锻造工艺不严格，出现锻制时变形量过大，管件内壁形成大量的纵向沟槽，锻造过程中又不规则的冷却，使锻件淬硬，在腐蚀环境下，加速了管件断裂 管件原材料不合格。如不锈钢成分不合格，未进行固熔处理等 制造商用非整体拼焊结构的法兰来假冒整体法兰,2019/5/4,28,2.7 高强钢应用与介质环境苛刻化,高强钢应用带来裂纹敏感性增大，尤其是在各种高温临氢及腐蚀性介质作用下管道发生腐蚀、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳、蠕变、氢损伤的概率大大增加。 介质环境苛刻导致管道内壁腐蚀 常温下湿硫化氢、无水液氨、Cl-、硝酸盐等的应力腐蚀 高温下环烷酸、硫化物及氢损伤 保温防腐措施不善导致管道外壁腐蚀 不锈钢管道外壁氯离子应力腐蚀，碳钢露点腐蚀、酸、碱腐蚀等,提高压力管道安全运行的途径与对策,2019/5/4,30,3.1 建立法规、完善标准,压力管道安全管理与监察规定 在用压力管道定期检验规程 结合了SHS01005 工业管道维护检修规程、化工部工业管道检验规程，吸收国家“八五”、“九五”攻关课题成果。 GB 50316-2000工业金属管道设计规范 GB5023597工业金属管道工程施工及验收规范 GB5023698现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范 SH35012002石油化工剧毒、可燃介质管道工程施工及验收规范 ,2019/5/4,31,3.2 加强压力管道安装过程中焊接施工监督,焊接头的对接、角接的形状，必须保证可焊透，对口间隙要均匀 焊接工艺的执行情况是否正确 环境、 焊条、 焊接工艺的执行情况 焊接工人是否持有符合要求的焊工资格证，焊接头处的钢印号是否与资格证相符 焊接接头无损检验的比例的执行是否合理 合金钢焊缝的检验间隔时间是否正确 有无漏检 焊接接头的硬度必须复查，必要时应进行复膜金相检查,2019/5/4,32,3.3 加强压力管道投用前的检查验收,管道竣工图是否符合设计要求 管道配件，阀门的质保书的可信度，是否有复验证明 管道焊接及热处理工艺的执行情况 核查管道的无损检查报告 管道与重要机组联接口不得有张口、错口、斜口存在，螺栓联接紧力必须均匀 管道的保温，外防护及埋地管道的防护所用的材料，结构是否符合设计要求,2019/5/4,33,3.4 加强在役管道可靠性管理,在役管道应力状况分析 焊接接头缺陷的评估 管道的腐蚀损伤的评估 均匀腐蚀 局部腐蚀 防腐蚀措施的在线管理 管道腐蚀环境的调查分析 高温运行管道 在线检测、监测、远程监控,“管检规”有关重要概念与条文解释,2019/5/4,35,4.1 第一章 总则,制订“管检规”的目的（第一条） 根据“管监规”要求 加强 安全监察 规范 检验工作 确保 安全运行 保障 人民生命和财产的安全,2019/5/4,36,几种认识 工业管道壁厚裕量大 是否考虑弯曲载荷 应力分析软件设计使安全系数 工业管道事故少 危害性认识 不足 爆炸事故不多，但泄漏事故 泄漏的危害性 人身、停产,2019/5/4,37,“管检规”内容（第二条） 围绕 发现问题分析问题解决问题 技术路线、基本要求 主要内容包括 检验安全状况等级评定缺陷处理 六个部分 总则 在线检验 全面检验 安全状况等级评定 安全保护装置检验 附则,2019/5/4,38,“管检规”适用范围（第三条） 与压力管道安全管理与监察规定适用范围的工业管道及附属设施基本一致，不包含下列情况， 最高压力小于0.1MPa，公称直径小于25mm，由于特种设备安全监察条例不包含，故与“条例 ”一致 非金属工业管道和最高工作压力大于42MPa的工业管道。另有特殊要求，不包含,2019/5/4,39,“在线检验”与“全面检验” （第五条） 由于工业管道的多样性、复杂性特点，仅有“定期检验”是远远不够的，“在线检验”是十分重要的安全保障环节，这也是“管检规”的创新点 在线检验：运行条件下的检验 1年至少1次 使用单位自检（也可委托） 宏观检查和安全保护装置检验为主 必要时进行测厚和电阻值测量 全面检验：停车期间的检验 36年至少检验1次 专业检验单位 +材质检验+无损检测+应力分析+压力试验与泄漏性试验,2019/5/4,40,工业管道的分类分级 国内外的三种分类法 a.根据使用条件综合分类法 使用条件（温度、材质、介质、压力、环境因素等） 工业管道失效或破坏后果 全面科学，但方法太多不统一,2019/5/4,41,例如 中石化 SHS01005-92工业管道维护检验规程 、 中石化 SHJ501-85石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范 A、B、C 中石化 SH3501-2001石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范A、B1、B2 化工部化工企业工业管道检验规程 A（、）、B、C、D（、）,2019/5/4,42,国外： 美国ASME B31.3化工厂与炼油厂管道D、M 、高压类、其它类 介质流体性质，压力，泄漏危害性 设计与检验区别对待 美国API579工业管道检验规范 分为三类 介质性质，工业管道所处位置 b.根据使用经验及实际需要分类 一些大型企业根据企业管理需求，未考虑安全性特点,2019/5/4,43,c.国家质监局压力管道安装单位资格认可实施细则分类 分为三类 GA类（长输） GB类（公用） GC类（工业） 对GC类 根据介质性质、载荷条件、设计安装情况 分为GC1、GC2、GC3 “管检规”在此基础上，补充了材料、所处环境（后果）的考虑要求，补充了中石化、化工部规程的一些内容 如穿越铁路、桥梁、住宅及工厂重要设施，输送甲、乙类火灾危险介质和中等以上毒性程度的工业管道，其穿越部分按GC1要求 在理化检验中，体现了对材料问题的考虑（第三十一条） 体现了“风险管理”的特色,2019/5/4,44,极毒GC1,2019/5/4,45,本规程是一种安全技术规范，基本的原则要求 细节应在各部门与单位制订的细则中体现 不能违反“管检规”要求,2019/5/4,46,4.2 第二章 在线检验（第七至十八条）,第七至九条规定了在线检验的定义、检验周期、承担单位、职责、检验方法与重点 使用单位 制订在线检验制度，培训检验人员备案 运行条件下自检，一年至少一次 （宏观+安全保护装置 ）为主 （测厚+电阻测量）为辅,2019/5/4,47,重点部位 机泵出口 补偿器、三通、弯头、大小头、支管连接及截止流动死角 支吊架损伤部位的管件与接头 过去有“问题”的部位 要害管段 苛刻条件，交变载荷管段,2019/5/4,48,第十条 强调了基本的原则要求，应另行制订细则，但不能违反“管检规” 第十一条 流程图（在线） 第十二至十六条 具体规定在线检验项目和要求 第十七条 报告要求 结论为 可以使用、监控使用、停止使用 使用单位盖章，外委的由使用单位与检验单位共同盖章有效 分为两部分 建档时填写一次的原始资料（如原始资料审查记录、单线图） 每次检验后填写的内容 第十八条 规定了异常情况的处理与报告程序 使用单位分析原因 整改 重大问题备案,2019/5/4,49,在线检验的一般程序 ：,2019/5/4,50,4.3 第三章 全面检验（第十九至四十二条）,4.3.1 第十九至二十一条 全面检验的定义、检验周期、检验单位与人员资格、责任，使用单位责任 检验周期 12级 一般不超过6年 3级 一般不超过3年 特殊的 延长 不超过9年,2019/5/4,51,以下情况检验周期应缩短 1新投用的管道（首次检验周期）； 2发现应力腐蚀或严重局部腐蚀的管道； 3承受交变载荷，可能导致疲劳失效的管道； 4材料产生劣化的管道； 5在线检验中发现存在严重问题的管道； 6检验人员和使用单位认为应该缩短检验周期的管道。 第二十二条 原则性的一般要求，应有细则，但不能违反“管检规”,2019/5/4,52,4.3.2 第二十三至三十五条 检验项目的要求 第二十三条 检验流程图 第二十四、二十五条 检验前的准备工作，原始资料审查与安全保护措施 第二十六条 规定了宏观检验的项目，要求检验比例 十分重要 概括了解 下一步的线索和依据 “在线”的相关项目，有些在线项目，停机时无法检验，如泄漏检验振动检验 强调了“结构检验”、“表面质量与腐蚀检验”,2019/5/4,53,全面检验的一般程序 ：,2019/5/4,54,比例 无绝热层的非埋地管道，原则上100% 有绝热层的非埋地管道，按一定的比例抽查 埋地管道，选择易损坏部位开挖检查 对于工业管道 其结构与布置应满足 工艺图纸要求 便于生产操作、安装与维护 热胀冷缩、柔性计算 振动,比例应与用户协商,布管问题，设计、建造规范有明确规定；全面检验的检验师应该掌握,直接发现一部分（支吊架间距、沉降、端点位移明显变化） 组成件异常损坏； 应力分析,2019/5/4,55,第二十七条 材料检验的要求 材质不明，应通过必要的方法尽量确定 ，至少是种类 第二十八条 测厚的比例、位置与异常问题处理办法 每种管件的比例，每个管件在重点位置要测一定数量，发现问题增加比例（管件问题较多） “普查”与“定点测厚”相结合，要根据实际情况调整测厚比例,2019/5/4,56,第二十九条 表面无损检测的部位 宏观检查中发现裂纹或可疑情况的管道 绝热层破损或可能渗入雨水的奥氏体不锈钢管道 处于应力腐蚀环境中的管道 长期承受明显交变载荷的管道焊接接头和容易造成应力集中的部位 检验人员认为有必要的支管角焊缝等,2019/5/4,57,第三十条 规定了RT与UT检测的比例和重点检查部位 比例： 根据我国工业管道量大面广及中石化与化工部经验 GC1、GC2 一般按一定的比例抽查（15%与10%） GC3 一般不检查（除非有特殊情况） 若发现问题，使得安全状况等级下降，应增加比例（协商确定）,2019/5/4,58,第三十条 规定了RT与UT检测的比例和重点检查部位 部位： 1制造、安装中返修过的焊接接头和安装时固定口的焊接接头； 2错边、咬边严重超标的焊接接头； 3表面检测发现裂纹的焊接接头； 4泵、压缩机进出口第一道焊接接头或相近的焊接接头； 5支吊架损坏部位附近的管道焊接接头； 6异种钢焊接接头； 7硬度检验中发现的硬度异常的焊接接头； 8使用中发生泄漏的部位附近的焊接接头； 9检验人员和使用单位认为需要抽查的其他焊接接头。,2019/5/4,59,第三十一至三十三条 规定了理化检验和力学性能试验 第三十一条 、的前部分系主要考虑了蠕变开裂可能的检查 的后部分主要规定了不锈钢敏化及晶间裂纹的可能 是氢腐蚀及氢致裂纹的可能 选择重点部位： 工作温度大于370的碳素钢和铁素体不锈钢管道； 工作温度大于450的钼钢和铬钼钢管道； 工作温度大于430的低合金钢和奥氏体不锈钢管道； 工作温度大于220的输送临氢介质的碳钢和低合金钢管道。,2019/5/4,60,第三十一至三十三条 规定了理化检验和力学性能试验 第三十二条 与应力腐蚀产生条件而言，对于确定的介质与材料，所谓“有代表性部位”，主要指应力集中部位或残余应力大的部位及介质容易积聚浓缩的部位 HB200仅是一个参考值，是一定浓度与应力水平下的经验值 有无极限硬度？ 硬度低于HB200也不等于不产生应力腐蚀 第三十三条 讨论超期服役问题 我国压力容器与管道很少在设计时给出寿命，实际上，对于很多环境下的管道应当有寿命概念,H2S浓度、H2S分压、硬度与SSCC的关系,2019/5/4,62,超期服役的管理十分危险，不仅要增加理化检验，而且应当缩短检验周期，一般采用现场金相，有条件的在管道试验段上取样最好 第三十四条 按第五章的相关要求进行安全保护装置检验 第三十五条 耐压强度校验与应力分析的规定 什么情况下需进行强度检验与应力分析： 强度校验 减薄量大于10%公称厚度,2019/5/4,63,应力分析 一般不要求做，若能做则对检验与分析抓住重点有益 1.无强度计算书，并且t0D0/6或P0/t0.385的管道； 其中t0为管道设计壁厚（mm），D0为管道外径（mm），P0为设计压力（MPa），t为设计温度下材料的许用应力（MPa）； 2.存在下列情况之一的管道： 有较大变形、挠曲； 法兰经常性泄漏、破坏； 管段应设而未设置补偿器或补偿器失效； 支吊架异常损坏； 严重的全面减薄。,整体结构应力大、柔性可能发生破坏 大面积减薄,采用GB50316 工业金属管道设计规范,2019/5/4,64,强度校验 只能校核内压引起的强度不足问题，不能解决弯曲应力，但起到“筛选作用”,2019/5/4,65,4.3.3 压力试验，是一种重要的检验手段，国外很重视 全面检验一般要求做压力试验 有三种情况强调应做 1经重大修理改造的； 2使用条件变更的； 3停用2年以上重新投用的。 这三情况下实在无法做，允许替代： 1所有焊接接头和角焊缝（包括附着件上的焊接接头和角焊缝），用液体渗透法或磁粉法进行表面无损检测； 2焊接接头用100射线或超声检测， 3泄漏性试验。 全面检验时，不属于上述应做压力试验范围的管道，用泄漏性试验代替，这也是个不得而已的折衷办法 第三十七、三十八条 压力试验的一般规定与具体规定，参照GB50235执行，只是计算试验压力用最高工作压力代替设计压力,2019/5/4,66,4.3.4 检验报告出具的程序与递交时间要求 “投用之前，送交报告” 也可是明确的结论与是否允许投用的意见先交 4.3.5 第四十至四十二条 规定了缺陷处理的原则 超标缺陷定义： 超过制造和验收规范的缺陷 超过“管检规”评定为3级的缺陷 建议办法： 修复 按照相关的制造安装规范进行 安全评定 选择有资格的评定单位进行,2019/5/4,67,4.4 第四章 安全状况等级评定（第四十三至五十三条）, 附件一中规定了安全状况等级划分方法 1级 完全满足设计、制造、安装要求，能在设计条件下安全使用，相当于标准状态 2级 基本满足设计、制造、安装要求，存在某些不符合标准规范的问题或缺陷，不影响36年内的安全使用 3级 存在较为严重的缺陷或问题，但采用必要措施，可在13年内限定条件监控使用 4级 缺陷严重予以整改或更换处理,2019/5/4,68, 容限 设计制造规范 “质量控制”标准 安全评定 “合于使用”原则 本规程的容限 两者之间 第四十三条 根据全面检验结果，各项检验结果分别评级，并以其中等级最低者作为管道评判级别 如果发现的问题已处理，则按处理后的状态确定安全状况等级 未将资料齐全列入评级条件，对“在用管道”可通过检验基本补全资料，可按“基本齐全”对待,2019/5/4,69,表3 GC2或GC3级管道所允许的局部减薄深度的最大值（mm）,工业承压管道安全保障技术研究进展,2019/5/4,71,5.1 检测技术,高新技术集成，体现“在线”特点 在线检测、监测技术与报警、区域监控技术 磁粉检测 对在用管线，可使用低频调制磁探仪，一般深度可达45mm。国内有人声称最大可达8mm。 在线磁粉检测可以做到300。 渗透检测 国外在线渗透检测可以做到200。,2019/5/4,72,超声波