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        加氫裝置高壓管道的可施工性分析

        2021-01-14 00:47:28
        石油化工建設(shè) 2021年6期
        關(guān)鍵詞:檢測施工系統(tǒng)

        黃 峰

        中化泉州石化有限公司 福建泉州 362103

        可施工性是將施工知識和經(jīng)驗最佳地運用到項目的策劃、設(shè)計、采購和現(xiàn)場操作中,以實現(xiàn)項目的總體目標(biāo);是在項目不同階段,通過可施工研究,達(dá)到滿足施工的實際需求,實現(xiàn)降低成本、加快進度和達(dá)到本質(zhì)安全質(zhì)量,保證項目的整體目標(biāo)實現(xiàn)?,F(xiàn)以加氫裝置的高壓管道為對象,針對管道材料、焊接性、熱處理、無損檢測、試壓和氣密等關(guān)鍵工序進行可施工性分析。

        1 高壓管道的特點和難點分析

        高壓管道系統(tǒng)在操作上具有高溫高壓、臨氫、富含H2S、介質(zhì)腐蝕性強等特點。管道設(shè)計需要采用大口徑厚壁管(最大的管道在DN600 以上,厚度超過60mm),選用TP347 或TP321 的等特殊材質(zhì)材料,材料的制造難度大、周期長,部分需要進口。

        在施工中存在以下難點:

        (1)焊接和熱處理難度大、要求高、工序復(fù)雜。TP347 屬于奧氏體不銹鋼,焊接過程對于層間溫度的控制要求嚴(yán)格;管道屬于厚壁管,需要采取多層、多道焊接,焊接的時間長、工序多;焊后的穩(wěn)定化熱處理易產(chǎn)生再熱裂紋。

        (2)大口徑厚壁高壓管道的現(xiàn)場固定焊口檢測難度大。如無法采用中心透照方法進行RT 檢測,需使用雙壁單影方法進行RT 檢測,需要長時間的曝光,散射線引起的膠片感光占比過高,底片灰霧度較大,檢測靈敏度不足,對于檢測的質(zhì)量和工程進度都有較大影響;根據(jù)實際情況,需要在規(guī)范允許的范圍內(nèi)采取其他檢測方法,或采取多種檢測方法組合對現(xiàn)場固定焊口進行無損檢測。

        (3)管道的試驗壓力高,試壓難度大。高壓管道系統(tǒng)的設(shè)計壓力和溫度高,在常溫狀態(tài)下進行管道壓力試驗需進行溫度系數(shù)折算,折算后管道系統(tǒng)的試驗壓力較高。

        (4)高壓系統(tǒng)的氫氣氣密要求高。

        (5)高壓系統(tǒng)管道使用大口徑厚壁材料,預(yù)制完成的管段、閥門重量大,需要使用大型吊車吊裝就位。

        2 可施工性分析

        2.1 管道焊接和熱處理的分析

        管道材料的選用對于材料制造、現(xiàn)場焊接、熱處理的影響較大。加氫裝置的高壓管道采用大口徑厚壁管,對于關(guān)鍵的高溫高壓、臨氫部位采用TP347 等奧氏體不銹鋼材料,這就要從材料選用、制造及進場檢驗、焊接質(zhì)量管控、熱處理技術(shù)要求等方面來實現(xiàn)可施工性,從而保證整體施工質(zhì)量。

        2.1.1 材料選用、制造

        設(shè)計階段做好特殊材料的選擇,明確TP347 等特殊材料的技術(shù)要求、制造工藝、制造過程控制,做好進場檢驗,保證材料的可焊接性。針對TP347 管件在制造階段易出現(xiàn)晶粒粗大的問題,為避免影響現(xiàn)場的焊接性能和穩(wěn)定化熱處理,在設(shè)計階段提出明確的技術(shù)要求,重點參數(shù)是非金屬夾雜物、金相組織和晶粒度。在制造階段按對技術(shù)要求的執(zhí)行,對鋼管和管件的管坯逐根做晶粒度和非金屬夾雜物的檢測;對管件成品逐件做晶粒度檢測;并加強對鋼管和管件尺寸偏差的控制。材料制造過程中,通過監(jiān)造、飛檢、首檢等多種手段,加強制造過程的質(zhì)量控制。

        2.1.2 材料進場檢驗

        材料進場后,要檢查清單與實物、外形尺寸、標(biāo)識、質(zhì)量證明文件等;原材料入庫前和安裝前實施100%半定量材質(zhì)復(fù)驗,標(biāo)識、建立臺賬,并進行全定量的抽檢;對管子和管件進行100%的PT 檢測;進行100%的晶粒度覆膜檢測;對管道原材料進行非金屬夾雜物、金相組織和晶間腐蝕抽檢。

        2.1.3 焊接質(zhì)量的管控分析

        坡口加工采用機械加工,并進行PT 檢測。焊接時采用多層多道焊接工藝,焊接過程注意控制線能量的輸入和層間溫度。對焊接過程實施監(jiān)理人員全程旁站,并加強過程抽檢,對每道焊縫的焊接工作記錄簽字確認(rèn),原始焊接工作記錄每天掃描存檔。加強對焊工的首道焊口檢驗:每名焊工在焊接首道焊口時,焊接打底完進行PT 檢測,填充到25mm 時進行第一次射線檢測,焊接完成后進行第二次射線檢測。

        2.1.4 焊口的熱處理

        (1)碳鋼的高壓管道按照規(guī)范要求進行焊前預(yù)熱、焊后熱處理;對于有延遲裂紋傾向的管道,在熱處理完成后24h 進行RT 檢測和PT 檢測。

        (2)奧氏體不銹鋼的穩(wěn)定化處理、固溶處理。目前,在高壓臨氫系統(tǒng)中,主要使用的奧氏體不銹鋼材質(zhì)有TP321/ TP321H、TP347/ TP347H。但在近幾年的加氫裝置施工過程中,對于TP347 材質(zhì)的管道在進行焊后穩(wěn)定化熱處理時,不同程度的出現(xiàn)了再熱裂紋的情況。對于這類材質(zhì)管道的熱處理要求,一是按照設(shè)計文件要求;二是參照規(guī)范NB/ T10068- 2018《含穩(wěn)定化元素不銹鋼管道焊后熱處理規(guī)范》執(zhí)行;三是根據(jù)熱處理的實際情況,由業(yè)主組織專家討論,取消現(xiàn)場焊口的穩(wěn)定化熱處理。

        2.2 大口徑厚壁管現(xiàn)場固定焊口無損檢測

        2.2.1 檢測方法可施工性分析

        (1)規(guī)范SH3501- 2011 第7.5.13 條要求:管道的名義厚度小于或等于30mm 的對接焊縫,應(yīng)采用射線檢測,當(dāng)由于條件限制需改用超聲檢測時,應(yīng)征得設(shè)計和建設(shè)/ 監(jiān)理單位的同意;名義厚度大于30mm 的對接焊縫可采用超聲檢測。

        (2)RT 檢測的方法分析:對于典型的大口徑厚壁管現(xiàn)場固定焊口,無法使用中心透照方法進行RT 檢測的,需使用雙壁單影透照的方法進行。例如Φ610mm×52.37mm 焊口現(xiàn)場常用的Ir192(放射源活度60~80 居里),射線拍片計算時間如下:每道焊口需要拍片8 張,每張片曝光時間8h,每道焊口需要拍片8d 時間(夜間作業(yè)8h)。曝光時間過長,射線檢測的曝光時間隨透照厚度成指數(shù)增長(厚度每增加10mm,曝光時間大約增加1 倍),引起膠片感光的射線中散射線所占比例過高,信噪比過低,底片灰霧度過大,靈敏度低,危害性較大的面積性缺陷(如裂紋)難以發(fā)現(xiàn)。

        (3)使用超聲波進行檢測:由于奧氏體不銹鋼只能使用一次波進行檢測,所以焊縫需打磨至與母材齊平,否則會阻擋探頭移動,造成焊縫中靠近外表面的部分區(qū)域無法檢測;奧氏體晶粒粗大,會引起一定的反射回波,形成“噪聲”,使得信噪比降低,真實缺陷可能被噪聲掩蓋而漏檢。雖然存在上述缺點,但在選用合理的縱波斜探頭,配以相應(yīng)的對比試塊和模擬試塊的情況下,使用脈沖反射法超聲檢測(手工超聲)和相控陣超聲檢測相結(jié)合時,還是能檢出奧氏體不銹鋼中的大部分危害性缺陷,缺陷檢出率依然要高于雙壁單影法射線檢測。

        (4)使用TOFD 進行檢測:在超聲類檢測方法中,TOFD 使用的是衍射波,對細(xì)小缺陷較為敏感,奧氏體不銹鋼的粗大晶粒引起的“噪聲”過于明顯,所以TOFD 檢測方法不適用于奧氏體不銹鋼。

        (5)對比分析檢測方法:對于厚度較薄的工件,射線檢測靈敏度較高,比超聲檢測有優(yōu)勢,所以標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定30mm 以下的管道應(yīng)使用射線檢測;對于厚度較厚的工件,射線檢測靈敏度顯著降低,超聲檢測的靈敏度相對高于射線檢測,所以標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定30mm 以上的管道可使用超聲檢測代替射線檢測。

        2.2.2 無損檢測采取的應(yīng)對措施

        (1)原則上對接焊縫應(yīng)在焊接接頭全部填充蓋面后進行RT 檢測,對于管道壁厚大于30mm 的焊口,可根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用多種檢測方法結(jié)合進行檢測。

        (2)對厚壁管線焊接接頭要求施工單位盡最大可能創(chuàng)造條件,滿足焊口采用放射源中心透照的RT 檢測方法。

        (3)對管線壁厚≤30mm 的焊接接頭,在全部焊接后應(yīng)全部采用RT 檢測,其中現(xiàn)場的固定焊口采用放射源雙壁單影透照方式進行RT 檢測。

        (4)對于壁厚>30mm 的碳鋼、合金鋼材質(zhì)管道:氬弧焊打底焊完后實施100%PT 檢測;采用打底+ 填充焊層厚度達(dá)到10~15mm 時,進行第一次RT 檢測,焊接完成后采用TOFD 的方法檢測;對于不能采用TOFD 檢測的管件、法蘭焊口采用UT 方法檢測。

        (5)對于壁厚>30mm 奧氏體不銹鋼材質(zhì)管道:氬弧焊打底焊完后實施100%PT 檢測;焊接完成10~15mm 厚度時,實施100%的RT 檢測;完成全部填充蓋面后,實施100%的UT+PAUT+PT 檢測。

        (6)對于實施100%PAUT 檢測的奧氏體不銹鋼管道焊口,應(yīng)選擇相應(yīng)的檢測探頭、對比試塊,檢測人員也應(yīng)具備相關(guān)檢測經(jīng)驗,并編制專項檢測方案;還要選擇抽檢部分焊口進行RT 和PAUT 的對比驗證,這些焊口應(yīng)包含現(xiàn)場的固定焊口和預(yù)制焊口(宜優(yōu)先選擇RT 檢測II 級合格的內(nèi)部有不超標(biāo)缺陷的焊口,共選5 道焊口)。

        2.3 高壓管道系統(tǒng)試壓分析

        高壓管道系統(tǒng)有試驗壓力高、盲板不易安裝、拆裝困難的問題,同時要考慮高壓管道所有法蘭面參與水壓試驗,減少拆裝和后續(xù)高壓管道高壓氣密所用時間,應(yīng)盡量形成大的試壓系統(tǒng)。在設(shè)計階段應(yīng)考慮高壓管道如何劃分試壓系統(tǒng),管道要和設(shè)備一起試壓,管道的試驗壓力、試壓包劃分與設(shè)備設(shè)計壓力、試驗壓力的匹配,以及是否要增加拆卸法蘭。

        (1)對于不能隔離的高壓換熱器、空冷器,應(yīng)考慮與管道系統(tǒng)一起試壓;對于該部分設(shè)備的試驗壓力不低于管道系統(tǒng)試驗壓力的77%(按照SH3501 第8.1.8條),必要時提高設(shè)備的設(shè)計壓力。

        (2)對于有壓差設(shè)計要求的高壓換熱器,對管板的設(shè)計壓力、管程和殼程的試驗壓力、設(shè)計的壓力差值應(yīng)與各自的管道試壓系統(tǒng)相匹配。

        (3)管道材質(zhì)的選用除考慮操作溫度、壓力外,還需要統(tǒng)籌考慮系統(tǒng)的試驗壓力,必要時提高材質(zhì)選用等級。

        (4)加熱爐爐管的設(shè)計壓力、試驗壓力與進出口管道系統(tǒng)試驗一致。

        (5)需要與管道系統(tǒng)一起試壓的高壓部件,包括閥門、儀表件、取樣接口等的設(shè)計壓力與管道系統(tǒng)試驗壓力一致。

        2.4 系統(tǒng)氣密的分析

        高壓管道系統(tǒng)的氫氣氣密是工程質(zhì)量最終檢驗的重點、難點,通常采取以下步驟保證系統(tǒng)的氣密性。

        2.4.1 設(shè)計階段

        設(shè)計階段優(yōu)化靜密封點的設(shè)置,減少高壓法蘭的數(shù)量;優(yōu)選焊接閥門;設(shè)備接口在滿足檢修的要求下,與管道也采用焊接的形式。

        2.4.2 安裝前

        安裝前加強對高壓管道材料的入庫檢查(外觀檢查、100%光譜檢測)、法蘭面檢查、維護和保管、金屬環(huán)墊的密封面/ 線檢查、連接螺栓的檢查,以及材料領(lǐng)用管理(按需、每日限額領(lǐng)用)。

        2.4.3 安裝過程

        在安裝過程中,高壓系統(tǒng)的靜密封點通過采取以下措施后,在氫氣的檢測中未出現(xiàn)泄漏的情況。

        (1)規(guī)范靜密封點檢查程序:密封面完整性檢查→螺栓螺母清洗及檢查→法蘭對中回裝檢查→墊片表面及安裝檢查→法蘭施工緊固過程檢查→緊固結(jié)果檢查。

        (2)加強安裝過程對密封面的檢查力度。組成以生產(chǎn)為主,監(jiān)理、總包、施工參加的檢查小組,對密封面和金屬環(huán)墊逐個檢查合格后方可正式安裝。法蘭密封面重點檢查油霧銹蝕、凹痕和劃傷等缺陷,如有輕微缺陷,可通過研磨進行處理,對于缺陷嚴(yán)重的密封面采取現(xiàn)場機加工處理。

        (3)優(yōu)化試壓、吹掃程序,減少拆裝,確保全部靜密封點參與系統(tǒng)水壓試驗。試壓包與吹掃系統(tǒng)的劃分和實施必須緊密配合、銜接,減少拆裝工作量;管道的安裝、試壓與后期吹掃、沖洗配合,高壓管道采用先行吹掃再試壓的方案,對管道上如軌道球閥等內(nèi)潔要求較高的閥門下線,由生產(chǎn)部門組織分段進行吹掃,吹掃完成一段,閥門回裝一個,保證全部靜密封點能夠參與水壓試驗,并不再二次拆裝。

        (4)所有靜密封點采用定力矩緊固。通過選用專業(yè)的定力矩緊固單位,對高壓螺栓的緊固力進行計算,遵循同步緊固、順序緊固、分級加壓緊固的原則完成。

        2.5 裝置總體平面布置的分析

        高壓系統(tǒng)管道使用大口徑厚壁材料,每段管子管件、每臺閥門的重量大,需要使用大型吊車吊裝就位。設(shè)計階段對于裝置的平面布置,要考慮與大型設(shè)備運輸、吊裝結(jié)合,減少大件設(shè)備的吊裝影響范圍,還要考慮管廊、框架、檢修場地的設(shè)置是否有利于遠(yuǎn)距離管道的吊裝。

        3 可施工性分析的組織實施

        3.1 開展可施工性分析的時段

        在基礎(chǔ)設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計和采購階段開展可施工性分析,每個階段分析的側(cè)重點、每個需要分析的內(nèi)容并非一個階段就能全部解決,需要在不同的階段逐步深入的進行,直至最后圓滿完成施工,才真正實現(xiàn)了設(shè)計意圖,達(dá)到項目建設(shè)目標(biāo)。

        3.2 可施工性分析的組織

        開展可施工性分析可以有研討會、論證會、評審會、調(diào)查訪問等多種形式,一般由業(yè)主或EPC 總承包單位來組織,可以邀請同行業(yè)專家、潛在的施工承包商、設(shè)備材料供應(yīng)商和項目管理公司等參加。

        4 結(jié)語

        石化項目的特點、難點往往就是工程的關(guān)鍵點、關(guān)鍵路線,影響著項目的總體進展。通過對工程特點、難點的可施工性分析,解決項目實施中的瓶頸問題,最終達(dá)到加快進度,實現(xiàn)本質(zhì)安全,保證質(zhì)量,降低成本的目的,進而保證項目的整體目標(biāo)實現(xiàn)。

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