王鐵軍

（哈爾濱市安裝公司，黑龍江 哈爾濱 150001）

1 引言

壓力管道被廣泛應(yīng)用在石油化工、冶金、電力和醫(yī)藥等行業(yè)，同時(shí)壓力管道也向大型化、多樣化、復(fù)雜化發(fā)展。無論是國產(chǎn)壓力管道還是進(jìn)口壓力管道，都不可避免地存在不同程度的缺陷，而且壓力管道在使用過程中還會(huì)因?yàn)檩d荷、介質(zhì)等各種因素的影響，萌生出新的缺陷。壓力管道安裝工程具有一次性和現(xiàn)場條件復(fù)雜惡劣等特點(diǎn),因此,其質(zhì)量安全評定是至關(guān)重要的,其中焊接過程的質(zhì)量安全評定對保證壓力管道工程的安裝質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。

2 壓力管道安全評定方法

2.1 安全評定的理論基礎(chǔ)

由于焊接工藝本身的特點(diǎn)，焊接接頭在形成過程中經(jīng)歷極其復(fù)雜和不均勻的熱過程，致使焊后接頭存在較大的殘余應(yīng)力和變形、幾何不連續(xù)性和力學(xué)性能的不均勻性，同時(shí)在焊接接頭也容易產(chǎn)生各種焊接缺陷，如裂紋、夾渣、氣孔、咬邊等，這些缺陷的存在和發(fā)展往往會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的失效與斷裂，但焊接接頭形成過程中缺陷是不可避免的。工程實(shí)踐表明，并非所有缺陷都會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的失效，也就是說缺陷滿足一定條件是對結(jié)構(gòu)無害的。

2.2 國內(nèi)外壓力管道安全評定的研究狀況

國外壓力管道安全評定研究始于70年代，它起源于核電站壓力管道，一方面由于核電站的安全性要求較高，另一方面核電站中的事故常發(fā)生于壓力管道的泄漏或爆破。因此美、德、日等發(fā)達(dá)國家相繼開展了壓力管道的研究。美國以管理委員會(huì)為領(lǐng)導(dǎo)，在BattleColumbusLab等研究機(jī)構(gòu)參與下相繼開展了一系列研究，進(jìn)入80年代后，相繼完成了“退化管研究計(jì)劃”和“管道與管道焊縫中短裂紋研究計(jì)劃”，這為以后制定ASME規(guī)范第VI篇，打下了一定基礎(chǔ)。美國電力研究院(EPR工)完成的一系列研究使J積分理論走向工業(yè)化，并已成熟地用于焊接結(jié)構(gòu)中缺陷的安全評定。德國壓力管道的研究是在德國核反應(yīng)堆安全委員會(huì)組織下，以國立材料研究所為代表，提出了基本安全概念和防止斷裂評定概念，這己成為德國壓力管道安全評定的指導(dǎo)性文件。隨著研究的深入，研究花費(fèi)越來越巨大，包括日本，法國，美國，德國在內(nèi)的多個(gè)國家成立了“國際管道完整性研究工作組”，由各成員國出資，聯(lián)合開展研究，研究成果共享，在研究中得到了一些有意義的結(jié)論。工作組成立以來，己開展了兩項(xiàng)研究計(jì)劃工P工RG一工和工PIRG一H等“”，這兩項(xiàng)計(jì)劃是在過去各國開展直管研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行管系的試驗(yàn)研究。在國內(nèi)，針對我國壓力容器、壓力管道長期存在的共性問題，多個(gè)科研院所的科學(xué)家們總結(jié)、繼承和吸收了國內(nèi)外鍋爐壓力容器安全評定的理論、技術(shù)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)，1984年我國便發(fā)布了“壓力容器缺陷評定規(guī)范“(CVDA一84)，它以COD理論為基礎(chǔ)，反映了當(dāng)時(shí)國內(nèi)外的技術(shù)水平。2004年我國又制定出“在用含缺陷壓力容器安全評定“標(biāo)準(zhǔn)，它采用失效評定圖技術(shù)，規(guī)范了壓力容器安全評定的技術(shù)方法，在提高我國壓力容器安全評定總體水平的同時(shí)，也提高了壓力容器的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

2.3 國外壓力管道安全評定的發(fā)展趨勢

就目前而言，國際上對含缺陷壓力管道的試驗(yàn)研究和安全評定的研究工作正方興未艾，并在不斷的深入，在該領(lǐng)域的研究大致有三大趨勢：

2.3.1 工程化，許多學(xué)者正在致力于評定方法適合于工程應(yīng)用的需要，從復(fù)雜三維有限元計(jì)算，到彈塑性斷裂力學(xué)的評定。在彈塑性斷裂力學(xué)評定中，采用簡化歸納、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證使之滿足工程實(shí)用性。

2.3.2 可靠性，在工程實(shí)際中，無論是管子的尺寸、缺陷的大小，還是材料性能參數(shù)都不是確定值，而是以一定的分布規(guī)律分布的。隨著可靠性理論的應(yīng)用，對壓力管道的缺陷評定結(jié)果也提出了可靠性指標(biāo)。如Hong，.Y.等人以疲勞裂紋擴(kuò)展為機(jī)理，考慮參數(shù)不確定性，分別用Paris公式計(jì)算裂紋在深度和長度方向的隨機(jī)擴(kuò)展，在壓力管道的先漏后爆評定中，得到了壓力管道的泄漏概率和爆破概率。

2.3.3 智能化，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前國際上管道安全評定方法都向智能化方向發(fā)展，如德國MPA編制的ELBA專家系統(tǒng)，用于帶縱向裂紋管道的安全評定;ESR專家系統(tǒng)，用于高溫構(gòu)件管子、管系及部件等壽命的預(yù)測;美國的BMW專家系統(tǒng)用于鍋爐管失效分析。

2.4 國內(nèi)壓力管道安全評定的發(fā)展趨勢

我國壓力管道安全評定的研究工作起步較晚，但近年來引起了人們的高度重視。由于我們有較扎實(shí)的斷裂力學(xué)的理論基礎(chǔ)，又有國外大量的研究成果可以借鑒，因此起步水平較高，發(fā)展較快，根據(jù)我國情況，其發(fā)展可從下面幾方面深入。

2.4.1 國產(chǎn)化，就是根據(jù)我國的情況來制訂研究計(jì)劃。國外該領(lǐng)域的研究主要集中在核電工業(yè)，其材料主要是核管道用材。而我國，核電工業(yè)剛剛開始不久，當(dāng)然我們可以進(jìn)行這方面的研究，作為技術(shù)儲(chǔ)備。但研究更應(yīng)該面對石油、化工及民用工程如城市煤氣等中管道的研究，以大大減少這些領(lǐng)域內(nèi)管道產(chǎn)生災(zāi)難性事故的發(fā)生率。

2.4.2 工程化，除評定方法更簡便、更適合于工程應(yīng)用外，更值得指出的是，從工程實(shí)際出發(fā)開展研究，得出更符合工程實(shí)際情況的結(jié)論。國外研究目前都集中在含裂紋的管道，但從我國管道檢測的大量結(jié)果看，其中咬邊、未焊透、夾渣及氣孔等缺陷更為普遍，因此研究含咬邊、氣孔等缺陷管道的失效行為更符合工程實(shí)際。

2.4.3 智能化，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的逐步普及，智能化必然成為管道安全評定的發(fā)展方向，我國應(yīng)當(dāng)跟上世界發(fā)展的潮流，與世界同步。

3 安全評定內(nèi)容

3.1 焊接管理制度

應(yīng)有滿足工程需要的焊接工藝評定壓力管道焊接工藝評定一般按JB 4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》的要求進(jìn)行，焊材的保存、烘干、領(lǐng)用、發(fā)放和回收應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定，焊工應(yīng)有相應(yīng)的資格項(xiàng)目,并在有效期內(nèi)，應(yīng)根據(jù)焊接工藝評定編制焊接工藝規(guī)程,管口加工及組對應(yīng)符合工藝要求，施焊時(shí)工藝參數(shù)應(yīng)符合焊接工藝規(guī)程，焊接完成后需及時(shí)作好焊接記錄，焊縫外觀應(yīng)經(jīng)檢驗(yàn)合格。評定中對工藝評定檔案是否完整，評定試樣的數(shù)量及彎曲試驗(yàn)的彎曲角度和彎心直徑，試樣上有無評定編號標(biāo)記,評定能否有效覆蓋，焊工有無超項(xiàng)焊接，焊材庫的溫濕度是否達(dá)到要求,焊條有無烘干并作好記錄等應(yīng)重點(diǎn)檢查。

3.2 焊接工藝文件

對于壓力管道的焊接用工藝文件,除了工程施工技術(shù)方案外，還應(yīng)編制專門的焊接作業(yè)指導(dǎo)書。壓力管道焊接作業(yè)指導(dǎo)書應(yīng)由專業(yè)焊接工藝人員編制，由焊接與熱處理責(zé)任師審批。壓力管道焊接作業(yè)指導(dǎo)書應(yīng)根據(jù)圖樣要求和事先按有關(guān)施工與驗(yàn)收規(guī)范完成的相應(yīng)焊接工藝評定進(jìn)行編制，應(yīng)按整個(gè)壓力管道工程中遇到的各種焊縫連接形式分別規(guī)定相應(yīng)的坡口要求、焊接位置、焊前預(yù)熱、焊材選取、層間溫度、焊接層數(shù)、焊接道數(shù)、施焊電流、施焊電壓、焊后熱處理、焊工資格、檢驗(yàn)與無損檢測要求以及對其中固定焊、障礙焊的特別工藝措施。

3.3 持證焊工

從事壓力管道受壓元件焊接的焊工,應(yīng)按“鍋爐壓力容器焊工考試規(guī)則“及本單位焊工考試管理制度的要求,經(jīng)規(guī)定的基本知識(shí)和操作技能考試合格后,憑市地質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門頒發(fā)的“焊工合格證“在有效期內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)項(xiàng)目的焊接工作,不允許“超期“或“無證“上崗。壓力管道安裝單位一般不宜臨時(shí)借用外聘焊工,特殊情況必須時(shí)也應(yīng)達(dá)到上述要求,并與其簽訂書面合同明確質(zhì)量責(zé)任。

結(jié)語

大型壓力管道在生產(chǎn)和安裝過程中，難免要產(chǎn)生焊接缺陷，焊接缺陷的存在減小了焊接接頭承載截面的有效面積，使截面應(yīng)力增加，更重要的是在缺陷周圍產(chǎn)生了嚴(yán)重的應(yīng)力集中。因此，焊接缺陷對結(jié)構(gòu)的靜載強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、脆性斷裂以及抗應(yīng)力腐蝕開裂都有重大的影響。因此，對含有缺陷壓力管道進(jìn)行安全評定就顯得尤為重要。

[1]GB50236-1998.現(xiàn)場設(shè)備.工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范.

[2]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程.北京:中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,1999.

[3]劉明.大型壓力管道焊接缺陷的強(qiáng)度分析與安全評定.西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文.2008.7