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因為載荷、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,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，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。工程實踐表明，并非所有缺陷都會導(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)達國家相繼開展了壓力管道的研究。美國以管理委員會為領(lǐng)導(dǎo)，在BattleColumbusLab等研究機構(gòu)參與下相繼開展了一系列研究，進入80年代后，相繼完成了“退化管研究計劃”和“管道與管道焊縫中短裂紋研究計劃”，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，研究花費越來越巨大，包括日本，法國，美國，德國在內(nèi)的多個國家成立了“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，己開展了兩項研究計劃工P工RG一工和工PIRG一H等“”，這兩項計劃是在過去各國開展直管研究的基礎(chǔ)上，進行管系的試驗研究。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)實踐和經(jīng)驗，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，也提高了壓力容器的安全性和經(jīng)濟性。

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、實驗驗證使之滿足工程實用性。

2.3.2 可靠性，在工程實際中，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.等人以疲勞裂紋擴展為機理，考慮參數(shù)不確定性，分別用Paris公式計算裂紋在深度和長度方向的隨機擴展，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，隨著計算機技術(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)然我們可以進行這方面的研究，作為技術(shù)儲備。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，從工程實際出發(fā)開展研究，得出更符合工程實際情況的結(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際。

2.4.3 智能化，隨著計算機應(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，施焊時工藝參數(shù)應(yīng)符合焊接工藝規(guī)程，焊接完成后需及時作好焊接記錄，焊縫外觀應(yīng)經(jīng)檢驗合格。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，焊工有無超項焊接，焊材庫的溫濕度是否達到要求,焊條有無烘干并作好記錄等應(yīng)重點檢查。

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)施工與驗收規(guī)范完成的相應(yīng)焊接工藝評定進行編制，應(yīng)按整個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)進行相應(yīng)項目的焊接工作,不允許“超期“或“無證“上崗。壓力管道安裝單位一般不宜臨時借用外聘焊工,特殊情況必須時也應(yīng)達到上述要求,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)的靜載強度、疲勞強度、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:中國勞動社會保障出版社,1999.

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