高压主蒸汽管道的检验与评价.pdf

第4 3 卷第6 期 2 0 0 6 年 1 2 月化工设备与管道P R O C E S S E Q U I P M E N T&P I P I N GVo l.4 3 N o.6De c.2 0 0 6高压主蒸汽管道的检验与评价 朱利洪 ，杨树斌 2(1广东省特种设备检测院，广州 5 1 0 6 5 5;2.广东省顺德市劳动安全检验所，顺德 5 2 8 3 0 0)摘要:以某石化厂一高压主蒸汽管道的 检验为例，并结合检验中 发现超标缺陷的 安全评定，提出了 高压主蒸汽管道的检验内容和安全评价方法。关键词:高压;主蒸汽管道;检验与评价中图分类号:T Q 0 5 5.8 1文献标识码:B文章编号1 0 0 9-3 2 8 1(2 0 0 6)0 6-0 0 4 7-0 4I n s p e c t i o n a n d A s s e s s me n t o f H i g h P r e s s u r e S t e a m H o s t P i p i n g Z h u L i h o n g ，Y a n g S h u b i n g z (1.G u a n g d o n g I n s t i t u t e o f S p e c i a l E q u ip m e n t I n s p e c t i o n G u a n g z h o u,5 1 0 6 5 5;2.S h u n d e I n s t i t u t e o f L a b o r&S a f e t y I n s p e c t i o n S h u n d e,5 2 8 3 0 0)A b s t r a c t E x a m p l e d w i t h t h e i n s p e c t i o n o f o n e h i g h p r e s s u r e s t e a m h o s t p i p i n g a n ds p e c t i o n,t h e i n s p e c t i o n r e q u i r e m e n t a n d t h e s a f e t y a s s e s s m e n t m e t h o d f o r s t e a m h o s tK e y w o r d s h i g h p r e s s u r e,s t e a m h o s t p i p i n g,i n s p e c t io n a n d a s s e s s m e n tc o m b i n e d w i t h t h e s a f e t y a s s e s s m e n t o f t h e f a u l t s f o u n d i n t h e i n-p i p i n g w e r e p r e s e n t e d i n t h i s a rt i c l e 某石化厂电站锅炉高压主蒸汽管道，1 9 9 1 年投用，运行至今已超过 1 0 万小时，期间从未进行过全面检验与维修，该管线设计压力1 0.0 M P a，设计温度5 4 0，管道材质主要为I O C r M o 9 1 0，个别管段材料为1 2 C r M o V，管线规格为cb 2 7 3 m m x 2 8 m m。管道全长近6 5 m。在2 0 0 3 年停炉大修期间对该管线进行了全面检验和安全评价。，全面检验内容1.1 技术资料审查 技术资料审查主要针对管道的原始设计资料、安装资料、使用情况记录、维护、维修更换、故障记录等情况。审查发现该管线系统图纸资料、安装资料相对齐全，但无任何有关管线运行的相关记录，且管道未按 D L 4 3 8 火力发电厂金属技术监督规程 相关要求进行金属监督，这与目前重锅炉、压力容器，轻压力管道的情况相符。需进一步加强管理，逐步建立压力管道的档案。1.2 管线空视图 为检验、安全评价以及安全管理的需要，在核实相关图纸资料情况下，对管线绘制了管线空视图，空视图在二维坐标系统中绘制，将压力管道的起、止设备号(或管线号)，管线的走向和各段的坐标，压力管道附件如管件、阀门、补偿器、安全附件、温度计、压力表、保温状况、支吊架、蠕胀测点、冷紧等在图上标注清楚，并在图上对测厚部位、焊缝、阀门、支吊架、蠕胀测点等按顺序编号，实现检验数据的可追溯性。并为管道的强度校核和安全评价提供必要的基石 出 数据。1.3 宏观检验 宏观检验进行了停车前检验和停车后检验，停车前主要检查泄漏、振动等，停车后主要是对管线拆除保温后进行的检查。检查未发现管道振动、泄漏、腐蚀、过热等异常情况。1.4 支吊架冷、热态检查 由于弹簧支吊架型式比较陈旧，均未安装弹簧收稿日期:2 0 0 6-0 3-2 1作者简介:朱利洪(1 9 6 8-)，男，高级工程师。主要从事特种设备检验、安全评定、失效分析、化工设备可靠性研究。化工设备与管道2 0 0 6 年第6 期位移指示器，检查确认其冷热态位移是否合理比较困难，检验时对冷态状态下的弹簧支吊架的弹簧参数进行测量，并测量冷态下弹簧高度，与设计比较，其支吊架状态正常。由于热态弹簧支吊架的检查比较困难，本次停车检验时未立项进行热态检查。1.5 测厚检查 依据D I 4 3 8 火力发电厂金属技术监督规程要求，对管道的每个管段、弯头等部位进行了定点测厚检查，每个测厚部位选包括弯管冲刷部位(测3点)及两端直管部位(每端2 点)，共测厚部位9 个，6 3 点。测厚结果显示管线的实测最小壁厚已小于其公称壁厚，管线存在壁厚减薄情况。1.6 弯管不圆度测量 在对管线的原始安装资料审查时发现弯管不圆度的测量数据有问题，各部位测量数据均是该弯管的公称直径尺寸，存在施工时对弯管未进行不圆度的测量而数据造假的问题。为了掌握实际弯管不圆度情况及弯管复圆情况，依据D L 4 3 8 火力发电厂金属技术监督规程 规定，对弯管进行不圆度的测量。本次检测结果显示弯管的不圆度测量结果均符合制造要求(应小于5%)。由于无安装时检测数据作对比，无法确认弯管的复圆情况，应在今后加强跟踪检测。1.7 渗透检测 由于管线温度较高，需对管线的支吊架受力焊缝(根部焊缝)进行渗透探伤的抽查，共对8 个支吊架的1 1 个根部焊缝进行了渗透探伤，检查共发现J O I J 0 2 一(1,2),J 0 5 一(1,2),J 0 6 一 1 等6 个根部焊缝存在裂纹缺陷，最长的裂纹缺陷在J 0 5 一 2 的根部焊缝上，长度为2 5 m m,1.8 超声波检测 采用了超声波探伤方法进行检测，超声波探伤依据D L/T 8 2 0 管道焊接接头超声波检验技术规程 进行。对管道对接焊缝按l 0 0%比例进行了超声波检测，检测中未发现存在超标的缺陷。1.9硬度检测 对管线进行了硬度检测的抽查，共检测6 个部位，3 0 点，检测部位中各点包括了母材、热影响区、焊缝。检测结果显示硬度范围在H B 1 0 3一 H B 2 9 7之间，符合其相应材料性能要求，未见异常。1.1 0 现场金相及金相组织分析 按D L 4 3 8 火力发电厂金属技术监督规程 规定要求，对主蒸汽管道的直管(检测比 例1 0 0%)、弯管(检测比例 1 0 0%)进行金相检查，金相复型检查方法按D L/T 6 5 2 金相复型技术工艺导则 规定进行。同时对管线进行了蠕变损伤的检查，蠕变损伤检查方法按D L/T 5 5 1 低合金耐热钢蠕变孔洞检验技术工艺导则 规定进行。共对 1 6 个部位进行了现场金相及金相组织分析。结果发现个别管段的材料已完全球化，如W1 5 W1 6 管段(1 2 C r M o V材料)球化程度等级达到了4级(标准最高等级为5级)，W 5 W 6,W 6 W 7 等管段(I O C r M o 9 1 0材料)的球化程度等级也达到了5 级(标准最高等级为6级)。检查中未发现蠕变孔洞(蠕变损伤评级均为 1 级)。1.1 1 蠕胀测量 依据D L 4 4 1 火力发电厂高温高压蒸汽管道蠕变监督导则 规定，对管线的蠕胀测点进行了蠕变测量。2 安全评价内容2.1 应力分析与强度校核 依据2 0 0 3 在用工业管道定期检验规程(试行)的要求，对减薄量超过公称壁厚 1 0%的管线需进行耐压强度校验。由于没有以前检测结果数据作参考，本次计算校核时采用了管道公称壁厚作为计算减薄速率的依据，并按下次大修的时间确定预期使用年限为3 年(结合厂大修周期)，对管线进行了强度计算，校核按G B 5 0 3 1 6-2 0 0 0(工业管道设计规范 进行。结果显示管线的一次应力强度小于管线材料相应的许用应力，管线按现有的壁厚腐蚀减薄速率计算，可安全使用到下一检验周期(即预期的3年)。从设计要求来说，0 2 7 3 m m x 2 8 m m的管线实测壁厚(需扣除腐蚀余量)要求不小于理论计算厚度(2 3.5 3 m m)。与本强度校核计算结果基本相符。对于二次应力的强度校核，可采用有限元应力分析(如可采用C A E S A R I I 管系有限元应力分析软件、A N S Y S 应力分析软件等)方法进行，考虑原设计资料齐全，管道支吊架未发现失效现象，支吊架冷热态位移未见与原设计严重不符情况，故未再作进一步的验算。第4 3卷朱利洪.高压主蒸汽管道的检验与评价4 9 咖问吟R7m吟砂口.0.10090807()6舫04()302()1一2.2 缺陷安全评定 对按质量控制标准判为超标的缺陷，缺陷都进行返修有时也不现实，一是大修工期短，可能无返修的时间，二是缺陷返修可能引起焊接接头性能劣化，会出现更糟糕的情况。所以目 前国内外的处理办法是按“合乎使用”的原则进行缺陷安全评定 一 。目 前对缺陷进行安全评定可采用2 0 0 3 在用工业管道定期检验规程(试行)进行初步评定，对采用该方法还通不过的，可参考采用A S M E I W B 3 6 5 0及附录H 铁素体压力管道缺陷验收标准和评定规程 进行缺陷安全评定。本次检测未发现超标缺陷，无需进一步的缺陷安全评定。2.3 蠕变的计算和监督 按D L 4 4 1 火力发电厂高温高压蒸汽管道蠕变监督导则 要求，根据各蠕胀测点的测量结果以及安装时蠕变测量实际记录，对每个监察管段的截面上各对蠕胀测点分别进行计算和评定，计算了管道直径绝对蠕变变形量及管道直径相对蠕变变形量，计算结果发现管线的R Z 0 4 测点 Y向最大的管道直径绝对变形量达2.4 0 2 m m，相对蠕变变形量达到了0.8 8 0%,R Z O 1 测点的X向相对蠕变变形量也达到了0.7 0 6%。考虑原始测量数据的可靠性，建议对蠕变测量进行跟踪等，以便确认是否需要进行割管材质分析以及缩短相应的检测时间对监察段的蠕胀测点的原始安装时、2 0 0 0 年9月及本次检测共三次测量结果(R Z O I,R Z 0 2,R Z 0 3)进行“相对蠕变变形量一 运行时间曲线”的绘制，考察蠕变速度，并依此确定蠕变测量间隔时间及是否需要进行材质鉴定(图1)。从评定结果来看，管道尚处于蠕变恒速阶段，蠕变速度还未大于1 x 1 0-m m/(m m h)。目 前还不需要进行材质试验鉴定，建议按 1 一 2 年的时间间隔进行蠕胀测点的跟踪测量。同时应逐步建立蠕变档案，进一步掌握主蒸汽管道的蠕变趋势，预测主蒸汽管道的使用寿命，保障主蒸汽管道的运行安全。3 检验综合评价结论 (1)该管道技术资料相对齐全，但其原始安装记录与实际情况部分资料不符，本次检验已绘制了空视图，使用单位还应逐步完善管线的技术资料档 运行时间/x 1 0 0 h 图1 相对蠕变变形量一 运行时间曲线案，特别是检验、维修及使用管理方面记录。(2)宏观检查结果显示管线宏观状况良 好。(3)本次检验对管线支吊架进行了冷态检查，对弹簧支吊架弹簧参数进行了测量，并测量了冷态下弹簧高度，检查结果未见明显异常。对弹簧支吊架应进行整改，补装弹簧位移指示器，便于日 常的维护和检查。(4)测厚结果显示管线存在壁厚减薄的趋势，应在今后的使用过程中加强可追溯的跟踪检测，便于分析壁厚减薄原因和掌握壁厚减薄趋势。(5)弯管不圆度检测结果显示均符合制造要求，由于无原始的不圆度检测数据作对比，无法确定弯管是否引起复圆，为安全起见，建议在今后使用与检测过程中加强跟踪检测。(6)对部分支吊架的受力焊缝(根部焊缝)进行渗透探伤的抽查，发现不少弹簧支吊架的根部焊缝存在表面裂纹，对发现的裂纹缺陷安排检修单位进行了打磨消除，并经渗透探伤合格后进行了补焊。在今后使用过程中应对发现裂纹部位进行跟踪检测，如发现再次出现裂纹缺陷应具体分析原因后予以消除。(7)对管线的对接焊缝按 1 0 0%比例进行了超声波探伤检测，本次检验未发现超标缺陷存在，管道安装工程焊接质量较好。(8)管线硬度检测(包括母材、热影响区、焊缝)的抽查结果显示管道材料的硬度符合其材料性能要求，未见异常5 0 化工设备与 管道2 0 0 6 年第6 期 (9)现场金相检查结果显示部分管段的球化程度已达到了完全球化，1 0 C r M o 9 1 0的材料最高球化等级达到了5 级，1 2 C r M o V材料的最高球化等级达到了4 级，检查中未发现蠕变孔洞(蠕变损伤评级均为1 级)。针对珠光体球化较高的现象，建议对球化程度较高的管段在今后的使用过程中加强跟踪检测，并根据下次金相检验结果决定是否需要做割管材质鉴定。(1 0)对强度校核的结果显示按目 前的壁厚减薄速率，管线能安全使用到下一检验周期(预期3年)。(1 1)根据各蠕胀测点的测量结果以及安装时蠕变测量实际记录，对每个监察管段的截面上各对蠕胀测点分别进行计算和评定，计算了管道直径绝对蠕变变形量及管道直径相对蠕变变形量。并绘制了监察段蠕胀测点的“相对蠕变变形量一 运行时间曲线”，认为管道尚处于蠕变恒速阶段，建议跟踪检测。(1 2)根据本次检测与评价的结果，依据2 0 0 3 在用工业管道定期检验规程(试行)对管线进行了评级，管线安全等级评定为2 级，结合厂方大修安排的实际情况，确定了管线的下次检验周期为2 0 0 6年3 月。4 讨论和建议 对于高温高压主蒸汽管道的检验和安全评价，除上述情况外，还可能发生如弹簧支吊架失效、位移变化与设计严重不符，甚至出现管道振动的情况，应依据D L/T 6 1 6 火力发电厂汽水管道与支吊架维修调整导则 进行支吊架的维修调整，需要重新进行设计计算校核的，应在原有结构基础上由具备相关设计资格的单位重新设计计算。对于材质发生劣化，需要进行材质鉴定的，可进行化学分析、力学性能试验、冲击韧性试验，需进行断裂评定的情况，还需要进行断裂韧性如K lc,J lc 等测试，进行断裂力学分析。对使用超过2 0 万小时的高温高压主蒸汽管道，需要进行超期服役评估，应按D L/T 6 5 4 火力发电厂超期服役机组寿命评估技术导则 进行寿 命评估。因此，系统地对主蒸汽管道进行检验、维修、维护和保养，对延长管道的使用寿命起决定性的作用。把管道从设计、安装、使用、检验、维修，直至报废的整个寿命周期进行系统管理，掌握管道的劣化趋势，能减少管道的寿命期内综合费用，有效预防安全事故的发生。由于压力管道本身的安全系数较高以及压力管道的复杂性，历史上一直没有对压力管道像锅炉、压力容器一样进行安全管理，存在的问题较多。对锅炉主蒸汽管道，D L 4 3 8 火力发电厂金属技术监督规程 虽然提出了金属技术监督要求，但各使用单位按规定执行的较少。2 0 0 3年国家检验检疫总局为了加强压力管道的安全管理，近期颁布了一些压力管道方面的安全管理规定和规程，如2 0 0 3 在用工业管道定期检验规程(试行)，压力管道使用管理登记规则 等，使压力管道的安全管理逐步成为可能。本文提出了高压主蒸汽管道的全面检验方法和内容，并系统地提出了压力管道的安全评价方法。对其它高温压力管道的定期检验和安全评价可参考执行。当前压力管道的安全管理和定期检验可以从以下几方面开展:(1)由于压力管道的基础工作较差，结合目 前逐步开展压力管道的登记普查试点工作，完善压力管道安全管理的基础档案。(2)结合普查后压力管道检验治理工作，统一和完善国内压力管道的检验规程，制定通用性强的压力管道定期检验规程。(3)结合国外先进技术，开展压力管道的风险检 验(R i s k B a s e d I n s p e c t i o n，简 称R B I)工 作，为 压力管道的安全做贡献。参 考 岁 忆 献沈士明，周剑秋，朱利洪.压力管道缺陷评定方法的现状与发展趋向 J .南京化下 大学学报，1 9 9 9,2 1(1)乔帧遴.环丁枫溶剂管道0 4 P H C 1 1 5缺陷的安全评定【J 管道技术与 设备，1 9 9 8,(1)陈上杰，张叔自.压力管道未焊透超标缺陷的安全评定【J I化工设备与管道，2 0 0 3,4 0(4)J B Wi n t l e a n d B W K e n z i e.B e s t p r a c t i c e f o r r i s k b a s e d i n s p e c t i o n a sa p a r t o f p l a n t i n t e g r i t y m a n a g e m e n t,H S E b o o k s,C O N T R A C T B E-S E AR C H R E P OR T 3 6 3/2 0 0 1.