呂文濤 錢英豪 吳曉風(fēng)

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院蘇州分院）

0 前言

氨 (Ammonia，NH3)是一種常見的廉價(jià)無機(jī)化合物，同時(shí)也是一種天然制冷劑 (R717)[1]。氨具有刺激性氣味且有一定的毒性和可燃性，在其安全性分類中屬于B2類制冷劑[2]。當(dāng)其在密閉空間濃度達(dá)到一定限度時(shí)，會對人的身體產(chǎn)生一定的危害。在較高溫度下，氨和空氣混合物體積濃度達(dá)到16%～25%時(shí)遇明火可引起爆炸[3]，故在 《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》中將氨規(guī)定為ⅡAT級[4]物品，在 《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中規(guī)定為乙類[5]。由于氨介質(zhì)具有上述特點(diǎn)，因此氨制冷系統(tǒng)的工藝管道常存在一定的安全隱患。特別是近些年，由于老一批氨制冷壓力管道服役時(shí)間較長，初始建設(shè)時(shí)施工不規(guī)范等原因，導(dǎo)致氨制冷事故頻發(fā)。在2013年，更是發(fā)生了兩起特別重大的群死群傷事件，給人民生命財(cái)產(chǎn)造成了重大損失，因此在氨制冷技術(shù)越來越廣泛應(yīng)用的今天，安全形勢刻不容緩。

通過對江蘇蘇州某地區(qū)幾十家氨制冷企業(yè)中壓力管道的檢驗(yàn)，本文對氨壓力管道存在的缺陷和問題進(jìn)行了梳理和歸納，對每種缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析研究，并給出了處理意見，為在用氨管道的安全運(yùn)行和新建氨管道施工提供一定的參考。

1 管道缺陷分析

1.1 檢驗(yàn)內(nèi)容

本次專項(xiàng)檢驗(yàn)的范圍主要集中在制冷機(jī)房內(nèi)高低壓側(cè)介質(zhì)為氨的壓力管道，不包括 《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》范圍以外的管道及冷庫內(nèi)蒸發(fā)管排。檢驗(yàn)內(nèi)容包括資料審查、宏觀檢驗(yàn)、壁厚測量、無損探傷、材質(zhì)分析、泄漏性試驗(yàn)等六個(gè)方面，同時(shí)視具體檢驗(yàn)情況有所增減。

1.2 缺陷及產(chǎn)生原因

經(jīng)過為期半年的檢驗(yàn)及后期整理工作，檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的主要缺陷及問題可分為： （1）焊接質(zhì)量缺陷；（2）結(jié)構(gòu)不合理； （3）管體振動(dòng)； （4）缺設(shè)計(jì)文件； （5） 泄漏； （6） 外表面腐蝕； （7） 安全附件超出校驗(yàn)有效期。多數(shù)企業(yè)均存在前5種缺陷，只是嚴(yán)重程度有所不同。

1.2.1 焊接質(zhì)量缺陷

檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的焊接質(zhì)量缺陷90%集中表現(xiàn)為錯(cuò)邊量超出施工規(guī)范GB 50235中的規(guī)定 (如圖1所示)，部分焊縫的錯(cuò)邊量甚至超出要求相對寬松的 《在用工業(yè)管道定期檢驗(yàn)規(guī)程》 （以下簡稱 《定檢規(guī)》），另有部分焊縫存在穿透性裂紋、未焊透、未熔合等缺陷。造成錯(cuò)邊量超標(biāo)缺陷大量存在的原因?yàn)樵缙谑┕挝皇┕に捷^為低下，缺乏責(zé)任心，焊前組對工序未能執(zhí)行施工規(guī)范。大多數(shù)制冷企業(yè)中氨壓力管道的焊縫由無證焊工焊制，且無焊接工藝評定和焊接工藝卡，焊縫工藝處于失控狀態(tài)，焊后無探傷工序檢驗(yàn)焊縫內(nèi)部質(zhì)量，即便驗(yàn)收時(shí)可通過壓力試驗(yàn)，經(jīng)過長時(shí)間的服役，其間的一些原生缺陷也會逐漸發(fā)展成為裂紋等不可逆的嚴(yán)重缺陷。

圖1 錯(cuò)邊量超標(biāo)

1.2.2 結(jié)構(gòu)不合理

結(jié)構(gòu)不合理主要表現(xiàn)為三種形式：（1)支管連接方式不符合管道設(shè)計(jì)規(guī)范GB/T 20801[6]或GB 50316[7]的相關(guān)要求 (如圖2a所示)； （2） 不同規(guī)格管道元件之間未采用異徑元件連接 (如圖2b所示)； （3）對接焊縫間距不符合施工規(guī)范 GB 50235[8]的要求 (如圖2c所示)； （4） 液相管路存在 “氣囊”結(jié)構(gòu) (如圖2d所示)。這些缺陷和問題的存在與前述類似，均為施工單位缺乏安全責(zé)任心，施工存在隨意性，違反設(shè)計(jì)規(guī)范施工造成的。

圖2 結(jié)構(gòu)不合理

1.2.3 管體振動(dòng)

管體振動(dòng)缺陷集中存在于壓縮機(jī)的進(jìn)出口管，尤其是活塞式壓縮機(jī)的一、二級排氣管振動(dòng)較為嚴(yán)重。管體振動(dòng)之所以產(chǎn)生，主要是由于壓縮機(jī)本體就位時(shí)，基礎(chǔ)安裝不正確，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)在全負(fù)荷運(yùn)行時(shí)自身振動(dòng)多數(shù)傳遞至鄰出口管道上，進(jìn)而引起強(qiáng)烈振動(dòng)。

1.2.4 缺設(shè)計(jì)文件

本次檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，相當(dāng)一部分制冷企業(yè)的氨壓力管道無壓力管道設(shè)計(jì)單位出具的設(shè)計(jì)圖紙，管道材質(zhì)、規(guī)格、管線布置、結(jié)構(gòu)均由施工單位根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或視現(xiàn)場情況而定。另外，無論是否有設(shè)計(jì)圖紙，開孔的焊接支管結(jié)構(gòu)及管端焊接盲板均無計(jì)算資料，其強(qiáng)度無法保證。關(guān)于壓力管道的設(shè)計(jì)資質(zhì)認(rèn)定工作，國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局是從1999年開始頒布文件并逐漸開展的。因此，建造于1999年之前的壓力管道無設(shè)計(jì)圖紙，是由于法規(guī)滯后造成的；而建造于2000年之后尤其2003年之后的壓力管道無設(shè)計(jì)圖紙，則應(yīng)歸咎于施工單位法律意識淡薄，違反國家法律法規(guī)。從設(shè)計(jì)角度來看，出于減少設(shè)計(jì)工作量及降低施工難度，通常設(shè)計(jì)單位不會采用開孔的焊接支管，而默認(rèn)采用成型三通組建支管結(jié)構(gòu)，同樣，管端也會默認(rèn)采用成型件管帽進(jìn)行對接焊接，而不會采用鋼板焊接構(gòu)成角接接頭。因此，在有設(shè)計(jì)圖紙的前提下，施工單位應(yīng)該嚴(yán)格執(zhí)行圖紙規(guī)定，采用三通和管帽元件，即使施工現(xiàn)場存在不可抗力因素，也需經(jīng)設(shè)計(jì)單位計(jì)算確認(rèn)同意后，方可變更。檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的開孔焊接支管和管端角接盲板，均無設(shè)計(jì)變更及計(jì)算資料支撐，應(yīng)歸因于施工單位不按設(shè)計(jì)要求施工。

1.2.5 泄漏

泄漏現(xiàn)象主要發(fā)生在閥門法蘭連接處及閥芯填料處，法蘭連接泄漏多集中在振動(dòng)相對強(qiáng)烈的管線閥門上，主要由于振動(dòng)導(dǎo)致法蘭連接螺栓松動(dòng)，預(yù)緊力不夠，進(jìn)而導(dǎo)致密封失效。閥芯填料處泄漏多集中在經(jīng)常需要啟閉操作的閥門上，由于使用頻繁，導(dǎo)致閥芯填料老化，從而導(dǎo)致該處泄漏。

1.2.6 外表面腐蝕

本次檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的外表面腐蝕大多發(fā)生在室外蒸發(fā)式冷凝器附近以及保冷層內(nèi)的管道外表面上。蒸發(fā)式冷凝器運(yùn)行時(shí)，會濺出大量有沖擊力的水滴。經(jīng)水滴長期沖蝕，管道外表面漆層被破壞，管道本體便會被腐蝕。檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的一根高壓側(cè)液相管緊鄰蒸發(fā)式冷凝器布置，腐蝕異常嚴(yán)重 (如圖3所示)，其本體已發(fā)生氨滲漏。保冷層下的管道工作溫度均為零攝氏度以下，當(dāng)保冷層不夠致密時(shí)，空氣中的冷凝水便會滲入其中，與管體接觸，進(jìn)而發(fā)生腐蝕。

圖3 外表面腐蝕嚴(yán)重的管道

1.2.7 安全附件超出校驗(yàn)有效期

氨壓力管道上設(shè)置的安全附件主要有安全閥和壓力表，而多數(shù)企業(yè)中管道上安全閥、壓力表均未能按期校驗(yàn)，但制冷裝置壓力容器上的安全附件往往能做好校驗(yàn)工作，除去管道使用單位安全管理工作缺失之外，壓力管道的定期檢驗(yàn)尚未全面開展、監(jiān)管力度不夠也是主要原因。

2 缺陷處理方法及意見

根據(jù)質(zhì)檢特函 〔2013〕61號文件的要求，檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的上述諸如焊接質(zhì)量、安全附件等缺陷均可按照 《定檢規(guī)》進(jìn)行處理。在不違反法規(guī)明文規(guī)定的基礎(chǔ)上，基于合于使用的原則，本文主要針對《定檢規(guī)》中未明確處理方法和評定標(biāo)準(zhǔn)的缺陷提出處理意見。

2.1 結(jié)構(gòu)不合理

（1）支管連接不符合規(guī)范

管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20801—2006及GB 50316—2000中明確規(guī)定了開孔焊接支管連接的方式及補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法。檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的支管連接形式 （如圖2a所示）均不在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)，其承載能力和應(yīng)力水平亦無法經(jīng)應(yīng)力分析或型式試驗(yàn)驗(yàn)證，故而此類缺陷應(yīng)返修。返修后的連接方式應(yīng)符合上述兩標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定或采用三通連接。

（2） 非異徑連接

本次檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的非異徑元件連接問題的實(shí)質(zhì)是對接焊縫連接改變?yōu)榻呛缚p連接。角焊縫的應(yīng)力狀態(tài)和承載能力較對接焊縫要差得多。因此，對于該類缺陷，首先應(yīng)查明連接處管道材質(zhì)和規(guī)格，表面經(jīng)無損檢測合格，然后由具備相應(yīng)能力的單位對該處進(jìn)行應(yīng)力分析，結(jié)果合格方可予以 “監(jiān)控使用”，且使用時(shí)還須定期進(jìn)行無損探傷抽查。

（3）對接焊縫間距不符合規(guī)范

標(biāo)準(zhǔn)中之所以對對接焊縫間距有所規(guī)定，主要是考慮到焊縫間距過小會導(dǎo)致應(yīng)力相互作用，從而引發(fā)該處管道原有缺陷擴(kuò)展或產(chǎn)生新缺陷。檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的涉及此類缺陷的焊縫，經(jīng)表面無損檢測及埋藏缺陷檢測均未發(fā)現(xiàn)新生缺陷 （焊縫成型時(shí)原生缺陷除外），所以在探傷合格且管道使用條件不變的基礎(chǔ)上，含該類缺陷的管道可監(jiān)控使用。

（4）液相管存在 “氣囊”結(jié)構(gòu)

GB 50072—2010[9]規(guī)定，嚴(yán)格禁止液相管存在 “氣囊”結(jié)構(gòu)和氣相管存在 “液袋”結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫@兩種結(jié)構(gòu)在截?cái)嚅y啟閉后會產(chǎn)生水錘現(xiàn)象，可使管道瞬間失效，后果嚴(yán)重，故含此類結(jié)構(gòu)的管道應(yīng)停止使用并返修。

2.2 管體振動(dòng)

對于設(shè)計(jì)資料齊全的壓力管道，通常認(rèn)為管道的輕度振動(dòng)是在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)的。當(dāng)施工單位未按設(shè)計(jì)施工或無設(shè)計(jì)資料時(shí)，若管道振動(dòng)明顯，須對管道明顯振動(dòng)范圍的焊縫進(jìn)行表面無損檢測和埋藏缺陷檢測。若經(jīng)檢測未發(fā)現(xiàn)超標(biāo) （超過設(shè)計(jì)要求或現(xiàn)行國家管道施工驗(yàn)收規(guī)范）缺陷，則應(yīng)由具備相應(yīng)能力的單位進(jìn)行應(yīng)力分析，應(yīng)力分析條件應(yīng)考慮動(dòng)載荷。應(yīng)力分析合格的管道可予以 “監(jiān)控使用”，并對振動(dòng)部分的焊縫定期進(jìn)行無損探傷。

2.3 缺設(shè)計(jì)文件

當(dāng)采用的開孔焊接支管結(jié)構(gòu)及焊接盲板符合GB/T 20801或GB 50316標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定而無計(jì)算資料時(shí) (如圖4所示)，則應(yīng)由原設(shè)計(jì)單位或具備相應(yīng)資質(zhì)的設(shè)計(jì)單位對開孔結(jié)構(gòu)及焊接盲板進(jìn)行計(jì)算，若計(jì)算合格可予監(jiān)控使用，否則應(yīng)停止使用并返修。

圖4 未經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的焊接支管

2.4 泄漏

閥門閥芯填料、法蘭結(jié)合處泄漏，一般可通過加大螺栓預(yù)緊力來恢復(fù)密封性能。對于啟閉極度頻繁的閥門，其密封性能已無法恢復(fù)，應(yīng)更換該閥門。更換后的閥門應(yīng)是由特種設(shè)備制造許可單位生產(chǎn)的氨制冷專用閥門。值得一提的是，如果法蘭結(jié)合處在螺栓預(yù)緊力不變的情況下經(jīng)常性地泄漏，根據(jù) 《定檢規(guī)》應(yīng)對該管線進(jìn)行應(yīng)力分析。

2.5 外表面腐蝕

涉氨壓力管道的管體外表面腐蝕，通常是環(huán)境因素導(dǎo)致的。改變環(huán)境因素，如在蒸發(fā)式冷凝器附近及裸露于室外的管道上搭建防雨防水設(shè)施、將不夠致密的保冷層重新更換等，便可消除腐蝕隱患。這與輸送介質(zhì)對管道內(nèi)部的持續(xù)性腐蝕有所不同，故將銹蝕層打磨消除后測得的壁厚，無需扣除下一檢驗(yàn)周期腐蝕量的兩倍，即所測厚度若大于等于設(shè)計(jì)最小壁厚，則可重新采取防腐措施使用且不影響定級，否則應(yīng)進(jìn)行耐壓強(qiáng)度校驗(yàn)或應(yīng)力分析。若耐壓強(qiáng)度校驗(yàn)或應(yīng)力分析合格，則不影響定級使用。

3 討論和建議

綜上所述，在用涉氨壓力管道中存在的缺陷大部分均可歸因于未按規(guī)范或設(shè)計(jì)要求施工，使用及施工單位缺乏特種設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)意識，這在壓力管道的安裝和使用上表現(xiàn)尤為嚴(yán)重。 《定檢規(guī)》上之所以存在眾多未明確的缺陷處理方法，是由于其默認(rèn)管道的建造符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。對于 《定檢規(guī)》上未明確處理方法的缺陷，各個(gè)檢驗(yàn)和評定機(jī)構(gòu)會有各自的看法和處理意見，這勢必會導(dǎo)致同一缺陷的評定尺度相異。評定過于嚴(yán)格，會增加使用單位負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致既有資源浪費(fèi)；評定過于寬松，則會存在安全風(fēng)險(xiǎn)。所以對于新建涉氨壓力管道，必須嚴(yán)格執(zhí)行法律法規(guī)，這樣才能從源頭上避免出現(xiàn)此類情況。對于涉氨壓力管道，提出幾點(diǎn)建議如下：

（1）新建管道在嚴(yán)格按照質(zhì)檢特函 〔2013〕61號文件要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量采用三通支管而避免采用開孔焊接支管。

（2）管道使用單位應(yīng)對自家管道進(jìn)行梳理并及時(shí)報(bào)請 “全面檢驗(yàn)”。建立涉氨壓力管道安全檔案，每年至少進(jìn)行一次 “在線檢驗(yàn)”。

（3）使用單位每周一次采用酚酞試紙對未經(jīng)絕熱的焊縫、法蘭結(jié)合處、閥門等進(jìn)行檢漏，重點(diǎn)檢查存在缺陷的部位。

（4）建議在機(jī)房內(nèi)裝設(shè)大功率換氣扇，保證在壓縮機(jī)開機(jī)時(shí)，機(jī)房內(nèi)通風(fēng)換氣次數(shù)不少于每小時(shí)3次。

[1] 楊一凡.氨制冷技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 [J].制冷學(xué)報(bào)，2007，28(4)：12-13.

[2] GB／T 7778—2001制冷劑編號方法和安全性分類 [S].

[3] 彥啟森,石文星,田長青.空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù) [M].第3版.北京：中國建筑工業(yè)出版社,2004.

[4] GB 50058—1992爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] GB 50016—2006建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范 [S].

[6] GB/T 20801—2006壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道 [S].

[7] GB 50316—2000工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].

[8] GB 50235—2010工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范 [S].

[9] GB 50072—2010冷庫設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].