| 标题 | 工业厂房压力管道安装质量控制技术研究与分析 |
| 范文 | 周志武 摘要：本文就实际项目阐述了如何提高管网质量技术控制，并进行理论的核算分析和关键质量点控制措施，确保压管从原材的验收、破坏机理的分析、焊接工艺控制、采用新技术检测等分析与探讨，重点阐述红外成像技术的推广应用，瞻望了新型检测技术未来的研究发展方向。 Abstract： This paper expounds how to improve the quality and technical control of pipeline network on the basis of actual projects， and carries out theoretical accounting analysis. The key quality point control measures to ensure that the pressure pipe are analyzed and discussed from the aspects of raw material acceptance， failure mechanism analysis， welding process control， and new technology detection， with emphasis on the popularization and application of infrared imaging technology. It looks forward to the future research and development direction of the new detection technology. 關键词：动力系统；质量通病；壁厚强度；内部应力；质量控制；检测措施；红外热成像技术；应用分析 Key words： power system；mass defects；wall thickness strength；internal stress；quality control；testing measures；infrared thermal imaging technology；application analysis 中图分类号：U175；TB492 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）33-0110-04 1 绪论 1.1 研究目的和意义 本文针对汽车工业厂房的动力系统进行了详细的分析和研究论述，首先论述了项目的特点和核心组成部分：厂区给排水系统（包括污水、消防外网、自来水、中水、生产生活给水等）、动力系统（包括天然气、热水、压缩空气）、暖通系统（包括冷冻水、冷却水）、管道支架系统。 如何利用先进的焊接和检测技术保质保量的完成项目设计任务，首先进行了分析：①材料的理论复核计算，管道的壁厚强度、运行过程内部应力分析。②焊接全流程的质量控制。③压力管道的检测措施比较和国内新旧检测措施的对比。④确定采用新型检测技术：红外线成像技术的应用。 研究的意义：①在项目的实施过程中，把握关键核心的技术领域、全面分析和探讨专业的理论知识和采取相应的合理措施。②推广应用、以点带面、从一个项目上要全面熟识相关领域的工程项目控制难点和重点。③高科技、高技术、跨行业的先进设备，技术的推广和应用。 1.2 本文的研究思路和主要研究的内容 本文研究思路和主要研究的内容是引用工业厂房动力系统项目，阐述了影响管网质量、安全技术的诸方面因素，并进行理论的计算分析和项目实施质量控制的一系列措施，确保压力管道安装，从原材的验收、破坏机理的分析、焊接工艺控制、采用新工艺进行检测等多方面分析与探讨，重点研究红外成像技术其在压力管道检测中的应用，分析总结了各类新型检测技术在及未来的发展和推广的必要性。 2 工业厂房压力管道的种类和成因 2.1 项目概述 神龙汽车厂区外网工程位于四川省成都市龙泉驿区，该项目总承包范围主要包括厂区给排水系统、动力系统、暖通系统、管道支架系统共四大主系统。 2.2 厂区管网种类和技术要求 2.2.1 厂区给排水系统设计性能参数（表1） 2.2.2 厂区公用动力系统设计参数（表2） 3 压力管道引起质量通病理论计算分析 3.1 压力直管道的壁厚强度核算 在管道安装之前，针对设计文件标定的管道强度进行检算，原因是国内管道标准很多，管壁厚度设计计算参数取值不一致，避免实际设计计算过于保守。采用标准常用的环向应力计算法进行检算，标准（环向应力+轴向应力）=当量应力<管道最低屈服强度，确定管道壁厚要依据选取规范的管道标准壁厚进行园整，最终确定壁厚设计是否符合规范要求。 3.1.1 计算依据 国内管道壁厚计算的相关规范：GB50316—2008工业金属管道设计规范；GB20801—2006—压力管道规范；《工业金属管道设计规范》GB50316-2000。 3.1.2 压力直管的厚度核算标准 3.1.3 压力直管计算程序 3.1.3.1 计算步骤 根据《钢制压力容器》GB150—1998中3.7规定，当钢管采用100%无损检测时，Ej=1.00；根据《工业金属管道设计规范》GB50316-2000中表1-2规定，奥氏体钢温度小于或等于482摄氏度时，Y取0.4。 3.1.3.2 计算理论结果 根据3.1.3.1计算，确认直管从总管至减压撬设计壁厚为3.4162mm，系统选用DN100以上的管道，符合规范标准要求。本管网各个系统外径和壁厚满足标准规范要求。 3.1.4 斜接弯管的耐压强度核算 由一条焊缝方向改变的角度α大于3°的管段构成的斜接弯管的强度计算，当斜接弯管角度α≤3°时，可免做强度计算。多接缝斜接弯管的最大许用内压力Pm应取下式计算的较小值。 现场焊接弯管角度大于3°，考虑现场斜接弯管焊接难度过大，全部交给厂家进行加工为成品斜接弯管，现场按照直管进行校核检算。 3.2 管道在运行过程中应力分析 管道应力分析的必要性、安全稳定性主要从两方面综合考虑：一是管道材质的稳定性、二是管道运行过程中受到的外力荷载和管道自身发生热膨胀等内力的作用，使管道内部产生应力的困扰，造成稳定性失稳或者管道结构的破坏，发生质量、安全事故。 3.2.1 管道应力分析的考虑因素 3.2.1.1 管道静力因素分析 ①管道自身的安全、按照设计要求、标准规范进行安装。②计算管道对支架和土建结构物的作用力，保证下部结构的稳定性。③管道位移、考虑管道自身变形产生的位移造成結构脱落或碰撞，并为应力计算提供依据。 3.2.1.2 管道动力因素分析 ①考虑管道由于外力的作用，产生振动发生的结构破坏。②运行设备的固有频率和振型分析，防治管道系统发生机械破坏。③生产、生活给排水和压缩机与往复泵管道的固有频率和振型分析，防治管道因为振动发生疲劳破坏。④压力管道由于内部气体压力脉动的声学分析，计算管道内气体的固有频率和压力脉动，防止气柱共振和压力脉动过大，造成管道的频繁振动。 3.2.2 压力管道的应力分析与分类及校核准则 压力管道的主要考虑整个管道系统的应力和柔性两方面，要综合考虑管系的复杂程度，丢弃管道局部的几何特性，将复杂的计算过程简洁化，便于理论分析工作的完成。 3.2.2.1 压力管道的应力分类 压力管道设计按照ASMEB31系列规范标准，管网的应力检算的标准按照ASMEB31.3工艺管道标准进行校核，综合考虑管道应力，不在按照工业管道一次应力和二次应力的概念进行详细的区分，主要原因是整个管道设计采用的薄壁设计（3.1.3已经进行了详细的检算分析）排除详细的局部应力分析两方面的原因。 3.2.2.2 管道应力分析中的薄壁假设 依据计算结论K=D0/Di=1.2为分界（D0/Di=管道外径/内径），计算结果为K≤1.2为薄壁结构，对于薄壁结构的应力分布，有以下几点结论： ①壁厚设计较薄，认为应力沿壁厚均匀分布。 ②可以认为径向应力δr与环向应力δθ和轴向应力δz相比较很小，近似认为δr=0。 3.2.3 管道在运行过程中内部应力检算校核 由于压力、外力和设备的持续加载造成管道产生纵向应力之和为SL，依据ASMEB31.3的二次应力校核准则，持续加载造成管道的热膨胀、冷缩以及端点位移等因素使管道位移应力范围SE不得超出许用值SA，即SE≤SA。 Sc=冷态许用应力、f=许用应力范围减少系数。Sh=评用应力、查询材料力学表。 二次应力范围SE依据最大剪应力理论的当量应力计算所得： Sb=管道合成弯矩引起的应力、St=管道扭矩引起的应力。 4 压力管道的质量控制措施 4.1 管材的检验 管道主要组成由管材、管件与阀门组成，对于进场的材料全部进行验收和抽检，符合规范设计要求的材料投入使用。针对特殊构件阀门等要进行密封性能检验和调试检查，确保质量。 4.2 加工和焊接、安装过程的质量控制 按JGJ81-2002《钢结构焊接技术规程》的要求对焊工和焊接程序进行认证，被认证的设备型号和焊缝都应与施工过程中的相同。 4.2.1 焊接工作人员要求 参与本工程的所有焊工（含定位焊工）必须经过培训取得上岗证书，并在其允许范围内工作。焊工在焊接过程中应严格遵守工艺操作规程，并对其焊接的产品质量负责。 4.2.2 操作注意事项 焊接前首先经过工艺评定，根据焊接工艺评定编制焊接工艺。注意事项如下：①焊接前检查焊接设备，焊缝清除干净，露出金属光泽。②检查焊缝坡口形式及几何尺寸是否符合设计要求，调整好焊接参数。③采用的焊接方法：手工电弧焊、埋弧自动焊、CO2气体保护焊、电渣焊。④焊接后焊缝清理干净，满足焊接要求。主要外观质量检查、对接焊缝余高小于3mm、焊件过渡平和，熔透深度满足规范。 4.3 压力管道检测措施分析 常规检测方法：外观检测、压力检测、焊缝无损检测。 新型无损检测技术：超声导波技术、声发射、磁记忆检测、红外热成像检测、光纤传感检测。 压力管道检测技术的应用比较见表3、表4。 5 压力管道选用红外热成像检测技术的应用分析 综合比较各类检测技术后，考虑现场的基本条件和操作环境的可实施性，专家组评定采用红外热成像检测技术，主要考虑方面：操作简便、成像检测精度高、实用环境范围广、监测数据分析准确。 5.1 红外热成像技术原理分析 在热力学理论体系下，温度在绝对零度以上的物体， 其内部分子在运动的过程中，都会产生热辐射的情况，发出红外线。基于物体的这一特殊性，检测技术人员借助探测装置对红外线进行捕捉，捕捉到的红外线信号快速转化为电信号，实现对物体的勘测。勘测结果直观性地展现在显示器上，根据检测人员获取热图像以及温度值，进行检测结果分析。 5.2 红外热成像检测流程 在检测过程中，使用HY-2001G 、Ti20等型号红外热成像仪器作为检测设备，检测过程必须以管道泵为压力源，形成一个完整的压力管道系统，使用各个系统中的介质热水作为检测物质，将整个温度保持在设计要求范围内，使用红外热成像技术对整个区域进行检测。 ①图像的聚焦：瞄准测设部位，正确聚焦，确保紅外能量导向探测器的像元上，转动调焦轮使Imager聚焦，显示屏上热图像变得最清晰。②图像的捕捉：确保Imager开启状态，捕捉到最清晰图像后，保持热像仪与被测设备水平一致，扣动扳机，捕捉图像。显示屏出现Imager captured确认信息。③检查图像按F1（store）键保存图像。扣动一次扳机继续测设。④数据分析：测设完毕后使用PC与热成像仪进行连接，使用INSIDE IR与Ti20配套的图像分析软件进行数据分析。 5.3 红外热成像检测数据分析、缺陷处理 ①使用软件进行图像分析（图2-图5）。 压力管道在焊接、加工环节，出现质量缺陷，导致整个压力管道出现隔热性缺陷。 ②检测缺陷处理：压力管道检测后出现区域性缺陷，安排施工人员进行返工处理、编制返修工艺审批后，针对缺陷焊缝返修，重新进行检测，合格为止。 5.4 检测结果的分析 ①红外热成像检测是高温压力管道焊接和内部缺陷检验的可靠方法，检测出的最小缺陷尺寸远小于管道允许缺陷的尺寸，满足设计、规范要求。②材料导热率是影响检测灵敏度的关键因素，导热率越低，检测灵敏度越高，缺陷显现时间越长。③缺陷的几何尺寸是影响红外热成像检测灵敏度的关键因素，缺陷面积越大，可检出的壁厚减薄量的灵敏度越高；面积越小，灵敏度越低。④材料的厚度也是影响灵敏度的关键因素，材料越厚，缺陷检测灵敏度越低，但缺陷的可观测时间越长。⑤温度激励方式是影响检测灵敏度的关键因素，内部加热法的缺陷检测灵敏度高于外部冷却法，制冷气体冷却的灵敏度高于冰冷却的灵敏度。 5.5 红外热成象检测的优点 ①红外热成像技术探测距离较远，适用于大面积的遥感测量，并且白昼、黑夜的变化并不会对红外线成像技术检测结果带来影响，高检测精度，使得红外热成像技术的分辨率可以保持在0.02℃的范围，为故障检测以及维修工作的开展提供了必要的数据支持。②测温范围广，温度在 -50～2000℃的范围内，红外热成像技术都可以正常工作，对动态目标以及静态目标都有较好的检测能力。③是一种直观地显示材料、结构物完整连续性及其结合上存在不连续缺陷的检测技术。④是非接触的无损检测技术，即连续对被测物作上下、左右非接触的连续扫描，显示灵敏度高、精度高，能区分0.1度的温差。⑤检测结果极可靠，能快速和预知性发现问题。 6 结术语 随着现代科技技术的高速发展，我国汽车产业已经步入了一个崭新的领域，适应时代、紧跟发展的步伐、应用先进的机械设备、施工工艺将是不可避免的趋势，让我们引领行业的发展，时刻捕捉科技的闪光点，服务于项目的实施、推进。 参考文献： [1]刘康勇，李东军.管道建设与焊接质量控制措施[J].管道技术与设备，2013（2）：25-26. 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