白金亮

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司 技術(shù)監(jiān)測(cè)中心特種設(shè)備檢驗(yàn)站 （西安 陜西 710021）

1 概 述

管件又稱管子配件，連接件、接頭零件，是壓力管道系統(tǒng)重要的組成件，是用來(lái)改變管道的方向、管徑大小、進(jìn)行管道分支、局部加強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)特殊連接等作用，主要包括彎頭、三通、大小頭、管帽及各種管接頭等。長(zhǎng)慶油田在20世紀(jì)90年代之前，地面產(chǎn)能建設(shè)所使用的管件，大都采用現(xiàn)場(chǎng)制作，利用火焰加熱、切割，然后強(qiáng)力成型或敲打成型，如管道拐彎時(shí)采用蝦米彎頭或現(xiàn)場(chǎng)煨制彎管，分叉時(shí)采用主管道開(kāi)孔，支管道管端加工成馬鞍狀組焊而成，大小頭采用氧氣加熱人工砸制，由于現(xiàn)場(chǎng)煨制的彎頭和大小頭經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)徑不符合要求，應(yīng)力集中嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)組焊的三通焊縫處應(yīng)力分布復(fù)雜，且無(wú)法采用超聲或射線檢測(cè)等弊端，管件質(zhì)量難以保障，造成這些部位成為整條管道的薄弱環(huán)節(jié)，曾發(fā)生多起安全事故。進(jìn)入20世紀(jì)90年代之后，現(xiàn)場(chǎng)組焊管件逐漸被成品管件所代替，目前長(zhǎng)慶油田每年購(gòu)置管件近100萬(wàn)件，供貨廠家近20家，為了確保管件質(zhì)量，長(zhǎng)慶油田采取了加強(qiáng)超投標(biāo)管理，健全駐廠監(jiān)造機(jī)制等措施，取得了一定效果，但在地面建設(shè)和使用過(guò)程中，管件出現(xiàn)開(kāi)裂、滲漏以及投球受阻等事件時(shí)有發(fā)生，為了進(jìn)一步提高管件質(zhì)量，嚴(yán)把入庫(kù)質(zhì)量關(guān)，長(zhǎng)慶油田對(duì)油氣田使用的管件采取了入庫(kù)檢驗(yàn)制度，以確保地面建設(shè)和油氣生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

本文所稱管件入庫(kù)檢驗(yàn)是指管件制造廠商將出廠檢驗(yàn)合格的管件在運(yùn)往各儲(chǔ)存庫(kù)或施工現(xiàn)場(chǎng)之前，由專業(yè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)按一定抽樣比例對(duì)管件實(shí)施重點(diǎn)項(xiàng)目的檢驗(yàn)，由于入庫(kù)檢驗(yàn)是對(duì)制造合格管件的質(zhì)量驗(yàn)證，因此入庫(kù)檢驗(yàn)沒(méi)必要完全按照出廠檢驗(yàn)項(xiàng)目逐一實(shí)施。

2 管件制造工藝簡(jiǎn)介和薄弱部位分析

檢驗(yàn)人員在實(shí)施入庫(kù)檢驗(yàn)之前，應(yīng)了解管件的制造工藝，明確管件的薄弱環(huán)節(jié)，采用科學(xué)的檢驗(yàn)工藝和先進(jìn)的檢驗(yàn)方法，確定合理的抽檢比例和檢驗(yàn)重點(diǎn)，切實(shí)起到質(zhì)量控制和把關(guān)的作用。由于近幾年長(zhǎng)慶油田所購(gòu)置的彎頭、三通、大小頭占購(gòu)置管件的90%以上，因此，對(duì)該3類管件應(yīng)作重點(diǎn)抽查。

2.1 彎頭

彎頭用于改變管道方向的管件，分為無(wú)縫彎頭和有縫彎頭，目前無(wú)縫彎頭大都采用熱推法制造，就是將直管段套在芯棒上，芯棒頭為彎曲的芯頭（或叫牛角狀芯頭），在牛角芯頭處采用感應(yīng)加熱，在管段的另一端施加外力，在感應(yīng)加熱和外力作用下，將直管段推制成一定曲率半徑的彎頭。有縫彎頭主要是將鋼板壓制成一定形狀再進(jìn)行焊接而成，也可以采用有縫鋼管推制而成。

從彎頭的制造工藝可以看出，彎頭的外側(cè)呈拉應(yīng)力狀態(tài)，壁厚易減薄，內(nèi)側(cè)呈壓應(yīng)力狀態(tài)，壁厚易增厚或出現(xiàn)褶皺，其應(yīng)力分布見(jiàn)圖1。對(duì)于焊縫彎頭，其焊縫是應(yīng)力分布較為復(fù)雜的部位，容易產(chǎn)生裂紋和焊接缺陷等。

2.2 三通

三通用于管道分支的管件，分為有縫和無(wú)縫三通2種，無(wú)縫三通大都采用液壓鼓脹法成形，其制造原理是根據(jù)金屬塑性變形原理，將內(nèi)充超高壓油的管坯，在一定軸向壓力和速度下，使管坯金屬在模腔內(nèi)產(chǎn)生塑性流動(dòng)而成。也就是將直管段放在底部平直，上邊有凸緣孔的模具，管子用液壓缸固定，兩邊充入液體向內(nèi)凸脹，把管擠成“凸”字形，再把凸起處從適當(dāng)位置切除，并打成坡口即可制成三通管件。有縫三通與有縫彎頭制造類似。

從三通的制作過(guò)程可以看出，三通肩部是應(yīng)力集中部位（圖2），其周向膜應(yīng)力和經(jīng)向彎曲應(yīng)力是三通肩部?jī)蓚€(gè)最大的應(yīng)力分量，尤其是周向膜應(yīng)力，在整個(gè)擠壓角處都具有很高的水平，圖3為三通肩部出現(xiàn)的裂紋磁痕。

2.3 大小頭

大小頭又叫異徑管，用作管子變徑的管件，分為同心和偏心2種，大小頭的制作工藝比較簡(jiǎn)單，主要有壓制和沖壓成型，壓制的大小頭承受壓應(yīng)力，沖壓成型的一般呈拉應(yīng)力。

3 管件檢驗(yàn)項(xiàng)目

如前所述，入庫(kù)檢驗(yàn)不同于出廠檢驗(yàn)，因此入庫(kù)檢驗(yàn)應(yīng)選擇承受壓力大、結(jié)構(gòu)和受力情況復(fù)雜的管件作為重點(diǎn)檢驗(yàn)對(duì)象，在選擇檢驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，也應(yīng)選擇對(duì)使用功能、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度影響較大的指標(biāo)作為主要檢驗(yàn)內(nèi)容。

3.1 資料審查

資料審查是對(duì)制造單位質(zhì)量行為的檢查，主要包括制造單位的生產(chǎn)許可證、型式檢驗(yàn)報(bào)告（第一次供貨時(shí)提供）、出廠檢驗(yàn)報(bào)告、監(jiān)造報(bào)告（長(zhǎng)慶油田已派駐廠監(jiān)造）、產(chǎn)品合格證以及產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)等文件是否符合法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 外觀檢驗(yàn)

通過(guò)肉眼或借助放大鏡觀察管件外觀是否有裂紋、過(guò)燒、疤痕、腐蝕、機(jī)械損傷等缺陷，焊接接頭是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 標(biāo)志檢驗(yàn)

標(biāo)志是產(chǎn)品不可或缺的組成部分，是實(shí)現(xiàn)可追溯性要求的依據(jù)。應(yīng)重點(diǎn)檢查管件標(biāo)志位置、方法、內(nèi)容是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。管件的標(biāo)志內(nèi)容一般包括制造廠商標(biāo)或名稱、材料等級(jí)、規(guī)格以及訂貨要求的其它內(nèi)容。標(biāo)志的方法包括永久性標(biāo)志，如鋼印、雕刻、電蝕等；非永久性標(biāo)志，如噴印、標(biāo)簽等，應(yīng)根據(jù)不同材質(zhì)采用不同的方法，如不銹鋼和低溫鋼不允許打鋼印，可采用噴印或標(biāo)簽的形式等。

3.4 幾何尺寸檢驗(yàn)

結(jié)構(gòu)幾何尺寸主要影響管件的強(qiáng)度、安裝組對(duì)以及使用功能（如投球等），其檢驗(yàn)的內(nèi)容應(yīng)根據(jù)管件的用途、材料、加工方法等選擇，主要包括所有管件的坡口處外徑 D（D1）、端部?jī)?nèi)徑 Di、圓度 B、異徑接頭總長(zhǎng)F、180°彎頭中心至中心距離O、焊縫錯(cuò)變量b（有焊縫管件）等。

3.5 螺紋檢查

螺紋缺陷容易引起介質(zhì)泄漏、降低連接強(qiáng)度。對(duì)于有螺紋的管件可采用螺紋規(guī)、卡尺等工具測(cè)量螺紋規(guī)格、螺紋的長(zhǎng)度是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.6 壁厚測(cè)定

壁厚是反應(yīng)管件能承受多大壓力的重要指標(biāo)，主要通過(guò)超聲波測(cè)厚儀對(duì)管件厚度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量部位應(yīng)選擇加工減薄處及坡口附近，如彎頭的外弧、三通的支管及肩部等，對(duì)于曲率半徑較小的管件，探頭隔聲層應(yīng)垂直管件的軸線，以減少測(cè)量誤差。

3.7 硬度檢驗(yàn)

硬度是衡量材料軟硬程度、彈性、塑性、強(qiáng)度和韌性的綜合性能指標(biāo)，對(duì)于碳素鋼，其硬度與強(qiáng)度有一定的換算關(guān)系，因此硬度檢驗(yàn)是檢驗(yàn)工藝中重要的檢驗(yàn)內(nèi)容之一。由于管件類型和規(guī)格多種多樣，采用臺(tái)式硬度計(jì)不現(xiàn)實(shí)，因此應(yīng)選擇便攜式里氏硬度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，檢驗(yàn)部位應(yīng)為管件冷熱加工變形及應(yīng)力集中等處進(jìn)行重點(diǎn)測(cè)量，如在管件的外弧側(cè)、內(nèi)弧側(cè)、中性面、肩部等部位進(jìn)行測(cè)量，確定管件材料綜合性機(jī)械能是否符合規(guī)定要求，在測(cè)量時(shí)應(yīng)注意管件的質(zhì)量、穩(wěn)定性、大小、曲率半徑和磁場(chǎng)對(duì)測(cè)量值的影響。

4 檢測(cè)方法

4.1 磁粉探傷

磁粉探傷主要對(duì)鐵磁性材料的表面或近表面產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行探傷，由于管件是采用冷熱加工制成，其表面容易產(chǎn)生裂紋，因此應(yīng)對(duì)每個(gè)管件進(jìn)行磁粉探傷。在磁粉探傷中，應(yīng)重點(diǎn)檢查彎頭的拉應(yīng)力區(qū)即彎頭外側(cè)，三通的肩部。為了提高靈敏度，可采用熒光磁粉探傷，利用管件專用磁粉探傷設(shè)備實(shí)現(xiàn)縱向和軸向磁化，以檢出不同方向的表面缺陷和近表面缺陷，對(duì)于大口徑管件如大于DN300的管件，可采用單磁軛或交叉磁軛法探傷，其效率和檢驗(yàn)質(zhì)量也能滿足要求。

4.2 超聲波探傷

管件焊縫是應(yīng)力水平較高的部位，容易出現(xiàn)氣孔、夾渣、未焊透、裂紋等缺陷，可采用超聲波探傷進(jìn)行檢測(cè)，該方法對(duì)面積型缺陷較為敏感，同時(shí)對(duì)體積型缺陷也有較高的檢出率，因此對(duì)樣品管件焊縫應(yīng)進(jìn)行100%超聲波探傷，對(duì)于發(fā)現(xiàn)的不合格缺陷可采用射線復(fù)驗(yàn)。

4.3 射線探傷

利用射線穿透試件，試件內(nèi)部缺陷與無(wú)缺陷部位衰減不同，在膠片上產(chǎn)生相應(yīng)缺陷圖像，根據(jù)缺陷圖像大小來(lái)判斷工件是否合格。該類方法對(duì)體積性缺陷（如氣孔、夾渣等）較為敏感，對(duì)面積性缺（如裂紋、未熔合等）陷容易漏檢，因此對(duì)經(jīng)超聲波檢驗(yàn)存在缺陷的管件應(yīng)進(jìn)行射線探傷復(fù)驗(yàn)。射線檢測(cè)可以采用實(shí)時(shí)成像，由于管件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為了減少幾何不清晰度，圖像增強(qiáng)器應(yīng)與焊縫保持盡可能短的距離，以利于缺陷的判定和評(píng)定。

4.4 光譜儀測(cè)定

對(duì)于壓力高、直徑大、受力較復(fù)雜的碳鋼管件、不銹鋼、合金鋼管件可以采用光譜儀測(cè)定其材料組成成分，檢驗(yàn)其材質(zhì)是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。主要對(duì)材料性能起主要作用的碳、硅、錳、硫、磷進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)于不銹鋼還應(yīng)檢測(cè)鎳、鉻含量。材質(zhì)檢驗(yàn)應(yīng)按同廠家、同規(guī)格進(jìn)行5%抽查。

5 管件檢驗(yàn)程序

檢驗(yàn)程序是管件檢驗(yàn)過(guò)程的工藝流程，如果檢測(cè)方法選擇不當(dāng)，檢驗(yàn)程序不正確，將容易造成缺陷漏檢、檢測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確以及檢驗(yàn)效率降低等，如里氏硬度計(jì)所測(cè)的硬度值是沖擊體反彈速度與沖擊速度的比值來(lái)表示，如果管件進(jìn)行磁粉探傷，管件內(nèi)的剩磁，將會(huì)對(duì)里氏硬度計(jì)測(cè)量造成較大的誤差，故硬度檢驗(yàn)應(yīng)放在磁粉探傷之前進(jìn)行，再如超聲波探傷使用的耦合劑將會(huì)對(duì)磁粉探傷產(chǎn)生不利的影響，磁粉探傷應(yīng)放在超聲波之前進(jìn)行，因此正確的檢驗(yàn)流程是確保檢驗(yàn)質(zhì)量的前提，長(zhǎng)慶油田入庫(kù)管件質(zhì)量檢驗(yàn)工藝流程如下：

資料審查→外觀檢驗(yàn)→標(biāo)志檢驗(yàn)→幾何尺寸檢驗(yàn)→螺紋檢查（對(duì)有螺紋管件）→壁厚測(cè)定→光譜抽檢→磁粉探傷→超聲波探傷（有縫管件）→射線檢驗(yàn)（針對(duì)超聲波檢驗(yàn)懷疑部位）→檢驗(yàn)標(biāo)識(shí)。

6 結(jié)束語(yǔ)

入庫(kù)管件質(zhì)量檢驗(yàn)是長(zhǎng)慶油田質(zhì)量管理部門控制產(chǎn)品質(zhì)量體系中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是保證產(chǎn)能建設(shè)質(zhì)量和油氣正常生產(chǎn)的重要組成部分。為了確保檢驗(yàn)質(zhì)量，檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)和檢驗(yàn)人員應(yīng)了解管件制造的工藝，明確管件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，熟悉管件缺陷產(chǎn)生的類型和部位，根據(jù)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制定科學(xué)的檢驗(yàn)工藝，采用先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備開(kāi)展入庫(kù)管件的檢驗(yàn)工作。

[1]GB/T 12459-2005鋼制對(duì)焊無(wú)縫管件[S].