曾凡善，王朝，賈必玉，徐景林，楊萬廣

(海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520)

0 引言

由于石油管道內(nèi)流體根據(jù)標準分類不同，超高溫流體工況、劇毒易泄漏流體工況、高壓流體工況等多種復(fù)雜工況。因此作為承運該類流體的重要載體，石油管道的制造與安裝質(zhì)量方面要求嚴格不言而預(yù)。本文主要歸納總結(jié)了PMI設(shè)備(positive material identif ication)、鐵素體設(shè)備應(yīng)用在管道施工時，PMI設(shè)備、鐵素體設(shè)備的具體應(yīng)用和操作使用方面的注意事項，以及這兩種設(shè)備在質(zhì)量過程控制中的積極作用，并且在應(yīng)用實踐的基礎(chǔ)上再深化一下措施建議。

1 PMI設(shè)備

PMI設(shè)備即通常也被稱為便攜式光譜合金元素分析儀，主要用于測定不銹鋼等有色金屬母材、焊材及焊縫填充金屬的元素含量[1]，通過測定結(jié)果與標準范圍內(nèi)的元素含量進行對比可以判斷其使用的材料是否正確。

1.1 準備工作

設(shè)備操作人員需經(jīng)專門培訓合格后方可使用該設(shè)備進行檢測，因設(shè)備在測試或者使用過程中設(shè)備發(fā)射窗口會有輻射，所以在設(shè)備自動校準和運行過程中，一定不要將發(fā)射窗口對準自己或他人，保護自己和周圍人員免受輻射傷害。

總裝場地工作環(huán)境復(fù)雜，交叉作業(yè)多，在進行設(shè)備操作時一定要多注意周圍環(huán)境，不具備安全狀態(tài)工況的操作位置禁止進入，若需登高作業(yè)、受限空間內(nèi)進行作業(yè)時，作業(yè)人員首先需經(jīng)登高和受限空間安全培訓完成。以受限空間作業(yè)為例，施工單位提前開通受限空間作業(yè)許可后才可以進入空間內(nèi)部進行PMI測試，作業(yè)人員進入受限空間前在入口處登記，在進入受限空間時需隨身攜帶對講機和測氧測爆儀，并有專人在受限空間入口處進行監(jiān)護，并在入口處懸掛“受限空間作業(yè)”標志。

在使用PMI設(shè)備前需要檢查設(shè)備表面應(yīng)完好，計量標簽內(nèi)校驗日期應(yīng)在有效期內(nèi)，在將設(shè)備帶入現(xiàn)場時應(yīng)攜帶保護箱，設(shè)備放置在箱內(nèi)?；蛘邔⒃O(shè)備放置在保護套內(nèi)帶入施工現(xiàn)場，嚴禁無保護帶設(shè)備進入施工現(xiàn)場進行測試。因設(shè)備本身價值昂貴，屬于精密設(shè)備，所以在平時攜帶和使用操作時一定注意對PMI設(shè)備的保護。

待檢測試件應(yīng)表面整潔，需要移除焊道表面有油污、鐵屑、油漆等雜質(zhì)，被測試件在進行測試前提前檢查試件表面狀態(tài)，試件表面不滿足要求及時處理。有時焊接完成后的焊道放置時間過長，總裝場地交叉作業(yè)多，焊道表面易被污染，PMI設(shè)備在測試的時候數(shù)據(jù)讀取會不準確。如遇到這種情況，可以通過采用與焊道金屬同規(guī)格同材質(zhì)的砂輪片或者鋼絲刷打磨處理焊道表面，處理完畢后再進行檢測，焊道表面通過這種方式處理后會方便PMI測試結(jié)果的讀取。另外，嚴禁使用PMI設(shè)備測試剛焊接完成的金屬焊道或者焊接完成后還未完全冷卻的焊道，設(shè)備發(fā)射窗口的塑料膜易被高溫破壞。

1.2 操作流程

以我方使用的“尼通”PMI設(shè)備為例，設(shè)備操作流程為：首先按住大約3 s設(shè)備的開關(guān)鍵，需要松開按鍵的時機是聽到嘀聲后，這時設(shè)備進入了開機狀態(tài)。按屏幕上任意位置繼續(xù)操作前需進入登錄界面，根據(jù)提示按“是”進入，輸入開機密碼，設(shè)備屏幕主菜單會成功進入。然后點擊模式鍵在設(shè)備屏幕主菜單中，選擇“合金”模式在模式菜單內(nèi)。該PMI設(shè)備具有自身校準工能，在主菜單中點擊“工具”鍵，進入工具菜單，點擊“校準”鍵，即可以對探測器和觸摸屏進行校準，設(shè)備每次開機使用前進行自動校準能保證測試結(jié)果的準確性。進入測試模式是主菜單中點擊“測試”圖標，把設(shè)備前端槍口緊貼需要測試的工件表面(一定注意不要將發(fā)射窗口距焊道凸起過近，發(fā)射窗口內(nèi)的一層薄膜容易被頂起變形，變形后設(shè)備發(fā)射出的射線無法直接射入試件，繼而影響設(shè)備數(shù)據(jù)分析讀取)，在設(shè)備檢測時緊貼工件表面還有接觸傳感器。按住扳機，設(shè)備測試開始的標志是聽到嘀聲后，穩(wěn)定設(shè)備測試狀態(tài)，數(shù)據(jù)顯示完畢且不再跳動為理想狀態(tài)。最后，測試完成后可以點擊“數(shù)據(jù)”進入數(shù)據(jù)菜單查看數(shù)據(jù)也可以直接從屏幕讀出各元素含量，如果要查看以往測試數(shù)據(jù)可以通過“數(shù)據(jù)查看”進行查看。

1.3 檢驗批次

根據(jù)項目規(guī)格書要求，到貨的管段、管件和法蘭按到貨批次，316 SS管子、管件和法蘭按100%比例檢測，304 SS按10%比例檢測，雙相不銹鋼管子、管件和法蘭、焊道金屬按100%比例檢測；施工現(xiàn)場預(yù)制和安裝階段的焊道金屬則根據(jù)管道內(nèi)流體工況和管線等級和材質(zhì)區(qū)分，如高壓流體工況管道系統(tǒng)內(nèi)包含的焊道全部100%需要PMI測試，劇烈循環(huán)流體工況管道系統(tǒng)內(nèi)包含的焊道需要100%PMI測試，高溫流體工況、劇毒腐蝕性流體工況管道系統(tǒng)包含的焊道需按10%～20%的比例進行抽檢，常溫流體工況管道系統(tǒng)內(nèi)包含的焊道按10%進行抽檢。

1.4 合格標準

表1為表格為母材金屬。

項目中常用的材料像304 SS和異種鋼焊道主要關(guān)注的元素為Cr、Ni等元素的含量范圍，316 SS和雙相鋼焊道則需關(guān)注Cr、Ni、Mo等元素的含量范圍。根據(jù)項目規(guī)格書要求母材金屬的元素含量分布應(yīng)符合表1中所列的各元素范圍分布。根據(jù)標準規(guī)格書要求焊道金屬元素含量分布可以在母材金屬合格區(qū)間的±10%，異種鋼焊道其元素含量分布與所使用的焊材元素含量分布相似。低于或者超出表格中的元素含量分布均視為該被測件不滿足要求，若經(jīng)過表面處理后仍不滿足元素含量分布要求，則該試件或焊道應(yīng)拒絕接收，按照不滿足要求的產(chǎn)品統(tǒng)一走相關(guān)處理流程。

表1 一般不銹鋼材料金屬含量要求(ASME Ⅱ A篇)

1.5 不滿足要求焊道和來料件處理

如果母材被測試件或焊道金屬經(jīng)PMI設(shè)備檢驗其元素分布滿足項目標準規(guī)格書對于元素含量的要求，則需要在母材金屬表面使用低氯筆和焊縫金屬信息框內(nèi)標記“PMI合格”，并記錄數(shù)據(jù)屏幕顯示的唯一數(shù)字代碼，點擊“數(shù)據(jù)”圖標進入數(shù)據(jù)菜單或者點擊“數(shù)據(jù)查看”圖標，查看以前數(shù)據(jù)，將各元素含量分布按PMI項目規(guī)格書中提供的報告格式模版填入，并出具相應(yīng)母材和焊縫金屬的PMI測試報告。

若母材金屬檢測其元素含量不符合項目規(guī)格書要求，應(yīng)調(diào)整檢測部位重新進行檢測，如再次檢測結(jié)果仍不合格，則應(yīng)將到貨材料視為不合格來料，同時擴大抽檢比例，直至檢測比例達到100%。同時將檢測出的不合來料做出不滿足要求的產(chǎn)品標識，集中存放隔離，通知供貨商處理，出具不合格報告。

如果焊道金屬元素含量不滿足項目規(guī)格書中規(guī)定的元素含量分布要求，則需要將同一焊道換個方位再重新檢測，若仍不合格，可以嘗試使用與焊道同材質(zhì)同規(guī)格的砂輪片或鋼絲刷進行處理，若焊道經(jīng)設(shè)備檢測后其焊道金屬元素含量仍無法滿足要求則應(yīng)視為該焊道PMI測試不合格。經(jīng)PMI測試后不合格的金屬焊道需要切除，不銹鋼金屬焊道禁止使用火焰進行切割作業(yè)，可以使用等離子或切割片進行切割作業(yè)，切除后的管線端部重新進行打磨處理，重新打磨處理后的坡口和鈍邊應(yīng)滿足WPS要求。切割打磨后的坡口表面目視檢測合格后，坡口表面還需作PT滲透檢驗，探傷人員檢驗合格并出具相關(guān)NDT報告。此時該焊道方可重新報驗組對外觀，外觀檢驗合格后重新進行PMI測試。圖紙中對應(yīng)的焊口號升版為返修口，對應(yīng)圖紙版次也需升版。對焊接該道焊道的焊工追加兩道口，若兩道焊口中的一道出現(xiàn)返修，繼續(xù)追加兩道；若追加的兩道口仍出現(xiàn)返修，則所有的追加焊口全部需要重新檢測或返修；若第一次追加口全部合格，則只需返修最開始的第一道焊口，后續(xù)焊道返修檢測全部合格，則相關(guān)檢測完成。對焊接完成焊道經(jīng)PMI檢測不合格進行了返修的焊工扣除個人質(zhì)量違章分數(shù)，情節(jié)嚴重者清除出施工場地，并將其列入場地黑名單。對現(xiàn)場施工方用錯焊材的行為出具現(xiàn)場信息反饋單同時錄入系統(tǒng)，追蹤現(xiàn)場整改情況，現(xiàn)場整改符合要求我方確認無誤后方可同時在系統(tǒng)中關(guān)閉反饋單，對施工班組進行質(zhì)量宣貫并加強現(xiàn)場巡檢。

2 鐵素體設(shè)備

鐵素體設(shè)備采用磁導(dǎo)原理，鐵素體設(shè)備應(yīng)用的主要目的是測定焊道和熱影響區(qū)的鐵素體含量。良好的塑性和韌性時鐵素體的特征，所以合格范圍內(nèi)的鐵素體含量表現(xiàn)時焊道具備良好的機械強度和抗蝕性能[2]。焊道金屬的機械強度和抗蝕能力降低的原因是焊道內(nèi)部鐵素體含量過高，焊道高溫斷裂產(chǎn)生的原因是鐵素體的含量過低。所以項目規(guī)格書要求對于奧氏體不銹鋼焊道和雙相鋼焊道進行鐵素體測試，對單面焊接的雙相鋼焊道還要對焊道根部進行測試。

2.1 準備工作

使用鐵素體設(shè)備進行焊道檢測作業(yè)的人員需要經(jīng)過培訓后才可以操作使用鐵素體設(shè)備，操作設(shè)備的人員應(yīng)當熟悉設(shè)備及其說明書以及項目規(guī)格書中對鐵素體含量的要求；鐵素體設(shè)備在使用前應(yīng)校驗合格在有效期內(nèi)，設(shè)備配套試塊表面完好無損壞，設(shè)備校準證書隨箱攜帶方便檢查；焊道表面應(yīng)光滑平整無污染，易于探針讀取數(shù)據(jù)，銹跡、氧化層、鐵銹等表面附著物應(yīng)使用與焊道金屬同材質(zhì)等級的砂輪片和銼刀去除，光滑平整的焊道表面狀態(tài)需要保持。

2.2 操作流程

第一步進入開機界面需要設(shè)備本身與測試探頭相連接之后按開機鍵開關(guān)，設(shè)備操作步驟根據(jù)屏幕提示即可，鐵素體設(shè)備測試時有兩種單位：FN和Fe%，這樣在使用設(shè)備測試前需要確定好使用的單位并調(diào)整。需要按5下“確認”鍵，當“157”字樣出現(xiàn)在屏幕上時，進行單位轉(zhuǎn)換需要選擇“159”，然后開始設(shè)置模式，通常現(xiàn)場檢測使用FN為單位。其次，設(shè)備在隨箱所帶的三塊試塊上進行校準才可以使用，設(shè)備屏幕會提示在屏幕上點擊“校準”操作以后，先進行基準試塊的鐵素體值測量，隨后的三個試塊的鐵素體測量值需要與標準試塊鐵素體測量值對比，進行測試時將探針垂直與試塊進行接觸，直到讀出穩(wěn)定的讀數(shù)。測量值要與標準試塊測量值數(shù)據(jù)在誤差允許范圍，三個測試試塊的鐵素體含量測量依次進行。經(jīng)過校準操作后檢查測量數(shù)值與校準試塊鐵素體測量值無出入，若兩者測量值對比超出標準允許范圍要再進行校準。最后進行檢驗操作的設(shè)備必須是經(jīng)校驗合格的。

使用鐵素體設(shè)備測量焊道時，保持探針與焊道呈90°接觸，保持住不晃動，聽到“?！钡妮p微聲響，數(shù)據(jù)讀取完畢，設(shè)備讀數(shù)顯示測試數(shù)據(jù)。每個焊道需要測試5次，每相隔90°取一點讀取數(shù)據(jù)，測量5次數(shù)據(jù)后取數(shù)據(jù)平均值。鐵素體測量的平均值應(yīng)滿足項目規(guī)格書對于鐵素體含量的要求，焊道金屬5次測量的鐵素體含量也均應(yīng)滿足項目規(guī)格書對鐵素體含量的要求，超出合格范圍的鐵素體數(shù)據(jù)需要重新測量。

2.3 合格標準

奧氏體不銹鋼鐵素體含量范圍焊道金屬應(yīng)為3FN-8FN，對于雙相不銹鋼母材鐵素體范圍應(yīng)為40%～60%之間，焊道和熱影響區(qū)為30%～60%之間。

2.4 不合格處理

對焊道經(jīng)鐵素體設(shè)備檢測鐵素體含量不滿足項目規(guī)格書關(guān)于鐵素體含量測試合格標準要求的焊道應(yīng)當做好標記，記錄匯總焊道信息并拒絕接收，同時聯(lián)系設(shè)計、現(xiàn)場建造分析原因。

3 測試報告

對測試合格的母材和焊道應(yīng)按項目規(guī)格書要求，根據(jù)項目報告格式做好PMI元素含量和鐵素體含量測試數(shù)據(jù)的記錄，按項目規(guī)格書要求出具相關(guān)報告經(jīng)設(shè)備操作人員與業(yè)主方簽字蓋章并存檔，作為項目完工文件留存。

4 結(jié)語

輸送石油和天然氣的主要運輸載體石油化工管道，整個管道系統(tǒng)的質(zhì)量直接關(guān)系到油氣集輸系統(tǒng)的運行暢通高效和持續(xù)使用壽命，因此管道的質(zhì)量控制更是重中之重。本文歸納總結(jié)了現(xiàn)階段我方在石油管道施工過程中兩種檢驗設(shè)備的應(yīng)用實踐流程，提高了現(xiàn)場石油管道過程質(zhì)量控制效率，降低了管道施工過程中的質(zhì)量風險，讓管道施工過程質(zhì)量控制變得有章可循，為石油天然氣管道施工過程中其他相似設(shè)備的使用提供借鑒。