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工業管道及閥門維修手冊(1)
 

主要引見國內外工業管道及閥門的現狀與開展;工業管道及閥門維修、裝置必備的根本學問;管道布置和常用竹材、管件及附件;引見管通和閥門的修理及裝置;管道的試壓與防腐保溫;管道毛病及維護。附錄還引見管路系統圖形符號和圖例。

本書可供管道、118期p3试机号機械設備維修人員和廣闊工程技術人員參考運用。

序文

由中國機被工程學會設備與維修工程分會主編,機械工業出版社 1964 年 12 月出版發行的 《機修手冊》(8 卷 10 本),深受設備工程技術人員和廣闊讀者的歡送,曾于 1978 年和 1993 年兩次再版和 6 次印刷,對我國設備管理和維修工作起到了積極的作用。

隨著科技開展和學問更新,設備的更新換代,《機修手冊》的內容已不能順應時期開展的請求,應該重新編寫和修訂。但是,由于工程浩蕩,力不從心。為滿足廣闊設備管理和維修工作者的需求,經機械工業出版杜和中國機械工程學會設備與維修工程分會共同商定,從《機修手冊》當選出局部常用的、有代表性的機型,充實新技術、新內容,以叢書的方式重新編寫。

從 2000 年開端,中國機械工程學會設備與維修工程分會組織四川省設備維修學會和中國第二重型機械集團公司、中國航天工業總公司第一研討院、兵器工業集團公司、沈陽市機械工程學會、陜西省設備維修學會和陜西鼓風機廠,上海市設備維修專業委員會和上海重型機器廠、天津塘沽設備維修學會和大沽化工廠、大連海事大學、武漢鋼鐵公司氧氣有限義務公司、廣東省機械工程學會和廣州工業大學、山西省設備維修學會和太原理工大學等單位停止編寫。

從 2002 年開端.到如今曾經出版 19 種。其中,2002 年出版了《液壓與氣動設備維修問答》、《空調制冷設備維修問答》、《數控機床毛病檢測與維修問答》、《工業鍋爐維修與改造問答》4 種;2003 年出版了《電焊機維修問答》、《機床電器設備維修問答》、《電梯運用與維修問答》3 種;2004 年出版了《風機及系統運轉與維修問答》、《發作爐煤氣消費設備運轉與維修問答》、《起重設備維修問答》、《保送設備維修問答》4 種;2005 年出版了《工廠電氣設備維修問答》、《密封運用與維修問答》、《設備光滑維修問答》3 中。2006 年出版了《工程機械維修問答》、《工業爐維修問答》2 種。2007—2008 年出版了《泵類設備維修問答》、《段壓設備維修問答》、《鑄造設備維修問答》3 種。2009 年已出版與將出版的有《空分設備維修問答》、《壓力容器設備管理與維護問答》、《工業管道及閥門維修問答》。

正在編寫的有《礦山機械設備維護問答》、《焦爐機械設備裝置與維護問答》。

我們對積極參與組織、編寫和關懷支持叢書編寫工作的同志表示感激,也熱烈歡送從事設備與維修工程的行家里手積極參與叢書的編寫工作,使這套叢書真正成為從事設備維修人員的良師益友。

編寫闡明

管道及閥門在國民經濟建立和人民生活中是不可短少的設備。它觸及的領城較為普遍,例如:熱能傳送,給排水,各種氣體,液體和物料保送。均要靠管道的保送來完成。

從 20 世紀 50 年代開端,管道的接口采用焊接構造替代螺紋聯接。管道的材質從鑄鐵和碳鋼單一種類開展為多種類。僅從鋼的種類而言,就有碳鋼、合金鋼、耐熱鋼、耐酸鋼、不銹鋼等。有色金姚管材有鋁及鋁合金、銅及銅合金、鉛及鉛合金等。非金屬管材有硬質聚氯乙烯管、水泥管、石棒水泥管、耐酸陶瓷管等許多種類。焊接工藝技術也隨著管材有了新的開展。因而,甘道及閥門維修、裝置也有了新的請求和國度新的規范檢驗。為此,中國機械工程學會設備與維修工程分會和機械工業出版社組織編寫了《工業管道及悶門維修問答》。

《工業管道及閥門維修問答》 是分離我們的理論。對《機修手冊》第 5 卷第 6 篇工業管道的修理停止了修訂。并增加了管道及閥門維修、裝置必備的根本學問,以及新檢修規范和先進維修辦法,對管道及閥門的運用、維護、檢修都有一定指導作用。這是管道及閥門的管理、選用、維修、裝置人員必備的一本新書。

本書第 1、3、7 章由王鳳喜編寫,第 2、4 章由黃進旗編寫,第 5 章由朱佺編寫,第 6 章由楊曉濱編寫,附錄由徐游編寫,孫先強也參與了局部編寫。全書由蔣世忠,曾翰林審稿。本書在編寫過程中得到中國策二重型機械集團公司總經理石柯,副總經理曾祥東。配備部長郭國英等的熱情協助和支持,在此表示感激。

第 1 章 國內外工業管道及閥門的現狀與開展

1-1 管道完好性管理技術的最新開展如何?

答:近年來,工業管道及閥門維修,國外在管道完好性管理方面展開了大量的研討和理論。在 2006 年召開的國際管道會議上,引見了美國管道完好性管理的最新停頓和開展趨向,包括管道完好性管理的停頓與理論、直接評價技術、內檢測技術停頓等方面,并對我國展開管道完好性管理工作提出了倡議。

(1)概述

國際管道會議(International Pipeline Conference)是由美國機械工程師學會(ASME)主辦的全球油氣管道工業界的盛會。2006 年 9 月 24~29 日,國際管道會議在加拿大卡爾加里市舉行。管道完好性管理 PIM(Pipeline Integrity Management),在此會議上仍然是國際管道工業關注的熱點,論文多大 95 篇,內容觸及管道完好性管理及技術的各個方面,表現了管道完好性管理的最新停頓。

依據此會議狀況,對美國風險液體管道完好性管理檢查工作、直接評價技術和內檢測技術的最新停頓和開展方向停止了剖析,并針對上述方面對我國展開管道完好性管理工作提出倡議。

(2)對風險液體管道完好性管理工作的檢查

2002 年 11 月,美國國會經過了特地的 H.R.3609 號法案—《管道平安促進法》,并于 2002 年 12 月 27 日 經總統簽署后生效。此法案請求管道運營商在呈現平安結果嚴重地域施行管道完好性管理方案,依照管道長度對管道停止了分類:長度超越 804km(500mile)的為一類管道,長度小于804km(500mile)的為二類管道。請求運營商在 2004 年 9 月 30 日前,完成一類管道 50% 的基線評價;在 2005 年 8 月 16 日前,完成二類管道 50% 的管道基線評價。

為檢查管道運營商對法案的執行狀況及進一步推進完好性管理,美國管道和風險物質管理局(PHMSA)從 2002 年 9 月開端,對風險液體管道完好性管理的施行狀況停止了首輪檢查。在首輪檢查中,PHMSA 完成了一切一類管道以及部門二類管道的檢查。截止 2005 年 12 月,并完成了 175 個風險液體管道的首輪檢查,管道合計 273104km(169841mile),其中以肯定為呈現平安結果嚴重地域的為 121534km(75581mile)。在總結首輪檢查經歷的根底上,從 2005 年中期開端,PHMSA 及其州屬管道平安機構開端對風險液體管道停止第二輪檢查,重點在于落實首輪檢查中發現的需求改良的中央以及高風險要素。

1)檢查內容:依據《風險管理示范綱要》、《系統完好性檢查指導綱要》,以及 APLI160《風險液體管道完好性管理》規范,對管道運營商樹立完好性管理體系的請求。檢查內容包括:①檢查完好性管理計劃的程序、執行狀況和文檔編制;②檢查管道運營商完成的完好性評價;③檢查內檢測結果及問題辨認;④檢查修復和減緩方案;⑤確認能否按法規請求的時間停止修復;⑥檢查試壓記載能否按聯邦法規 49CFR495 執行,檢查運營商對一切實驗失效的評價;⑦確認預防和減緩措施能否得到執行;⑧檢查組進一步對資產、實踐修復、直接評價及完好性管理計劃相關的內容停止全面監視。

2)檢查結果:絕大多數管道運營商曾經樹立并執行了完好性管理體系,根本控制了結果嚴重地域的管段,并依照規則請求,對這些地域停止了完好性評價。截止 2005 年 12 月,曾經完成了 86% 的風險液體管道的基線評價,只要極少數運營商未在最后時限前完成 50% 管段的完好性評價。在首輪檢查中,PHMSA 對 1200 個需求“立刻修復”的缺陷處置狀況停止了核實。除需求立刻修復或 60 天、180 天之內必需修復的狀況外,運營商也修復了大量的其他異常狀況,運營商也修復了大量的其他異常狀況。行業數據顯現,2004 年共有 11674 種狀況被修復或減緩,包括影響結果嚴重地域和非影響區域。

PHMSA 總結首輪檢查經歷,就以下方面提出了改良意見:①數據整合。有效的數據整合是完好性管理的關鍵,目前曾經開發了一些工具和辦法,對不同類型數據停止組合剖析,但這方面的工作還處于開端階段。②對內檢測結果的響應。局部運營商沒有應用內檢測的結果停止剖析,未及時依據內檢測結果制定并執行修復或減緩方案,從而影響了對內檢測結果的有效應用。③風險剖析。多數運營商已應用風險剖析技術,對停止基數評價的管道停止排序;但一些運營商所運用的風險模型,還沒有掩蓋管道風險的全部范圍,依然需求改良剖析辦法以掩蓋一切風險,特別是要整合一切數據來恰當地評價管道風險。④預防和減緩措施。首輪檢查中發現許多運營商缺乏預防和減緩措施的剖析,包括對撿漏才能及緊急狀況處置才能的評價。在曾經開端的第二輪檢查中,還未見到明顯的改良。⑤持續的評價和評價。完成基線評價后,在如何合理肯定周期評價的時間距離方面,需求停止進一步研討,應著重于剖析運營商停止周期評價的施行效果。⑥完好性管理施行細則。APLI160 是完好性管理的通用規范,運營商還應樹立施行細則,以加強完好性管理的有效性。⑦完好性決策和剖析的技術根底。運營商依然沒有充沛的應用歷史數據,來決議風險要素和再評價;另外,對歷史數據不充沛狀況下的決策剖析辦法有待改良。PHMSA 希望有更多的技術和辦法,作為完好性決策和剖析的根底。⑧完好性程序文件。文件編制的完好性和質量,是完好性程序的關鍵要素。許多運營商對評價記載、修復記載、文件的編制過程、技術考證、決策根底缺乏足夠的注重。

(3)直接評價技術的停頓

內檢測、試壓、直接評價是管道完好性評價的三種主要辦法。工業管道及閥門維修,雖然智能檢測器在不時更新,但仍有許多管道不能運用內檢測設備,試壓法是針對一些特定管道的評價辦法,但請求管道在停輸狀態下運用。對無法停止內檢測和試壓的管道,能夠選擇運用直接評價技術停止完好性評價。與內檢測、試壓等傳統評價辦法相比,直接評價具有本錢低、易施行等特性。近年來,許多管道運營商在完好性管理計劃中,曾經列入了直接評價技術,例如:在 Gasunie 公司管轄的 12000km 的高壓管道中,僅有 50% 合適停止管道內檢測,該公司從 2005 年開端,對不合適內檢測的管道停止直接評價。

1)直接評價辦法及相關技術:直接評價是一種把管道的物理特性、操作歷史與管道的檢測、檢查結果分離起來,采用不開挖檢測技術(普通為地上或間接檢測)、并依據檢測結果停止開挖和檢查,來肯定管道完好性的辦法。普通分為預評價、間接檢測、直接檢查、后評價四個步驟:①預評價。經過數據搜集和剖析、肯定直接評價能否可行,劃分評價區域和選擇間接檢測工具。②間接測評。主要為空中檢測,目的是肯定涂層缺陷嚴重水平、其他異常及管道上已發作或可能發作腐蝕的區域。③直接檢查。依據間接檢查結果的剖析,來選擇開挖點位置和數量,并在開挖后對管道外表直接檢查。④后評價??賈ぶ苯悠蘭郯旆ǖ撓行?,并肯定下一次評價的時間距離。

直接評價依照管道的要挾要素,分為外腐蝕直接評價(ECDA)、內腐蝕直接評價(ICDA)和應力腐蝕開裂直接評價(SCCDA)。

ECDA 辦法已較成熟。2002 年,美國腐蝕工程師協會(NACE)提出了 ECDA 辦法的引薦規范 NACE RPO502-2002《管道外部腐蝕直接評價引薦作法》。

ICDA 辦法分為三類,分別適用于干氣、濕氣和液體管道。目前針對干氣的 ICDA 辦法,還有還有許多技術難題要克制。

SCCDA 辦法步驟與 ECDA 類似,重點是辨認容易發作 SCC 的狀況和評價可疑的管道系統。此辦法適用于高 pH 值的 SCC(傳統的)和接近中性 pH 值的 SCC(新型 SCC)。目前,北美已著手樹立應力腐蝕開裂的直接評價辦法。針對應力腐蝕開裂壓力實驗距離時間的辦法的研討也有了新的停頓。

直接評價辦法是施行,需求間接檢測辦法作為技術支持。為進步檢測牢靠性,NACE 請求運營商運用兩種或更多間接檢測工具,已對檢測結果互相考證。

常用的間接評價及時有直流電位梯度檢測技術(DCVG)、密距離電位檢測技術(CIPS)、交流電流衰減技術、電壓差技術等。

直接點位梯度檢測技術用來探測和查明涂層缺陷。其原理是:在施加了陰極維護埋地管線上,電流經過土壤介質,流入管道防腐層破損而暴露的管道處,在管道防腐層毀壞處空中上構成一個電壓梯度場。在接近破損暴露點部位,電流密度增大,電壓梯度增大。普通狀況下、電壓梯度與暴露面積成正比例關系該技術能檢測出較小的防腐層破損點、并能夠準確定位,誤差為 ±15cm。這是世界上比擬先進的埋地管道防腐層缺陷測試技術。

密距離電位檢測技術是當今尖端的檢測技術之一,是一種用來提供管道對地電位與間隔關系的空中檢測技術,能指示管道沿線的陰極維護效果,指出缺陷的嚴重性,并自動采集數據。其缺陷是工作人員需攜檢測設備沿管道連續丈量,其檢查結果不能指示圖層的剝離狀況,還可能遭到干擾電流的影響運用范圍遭到一定的限制。

交流電流衰減技術采用等效電流原理,來評價防腐層絕緣電阻。當外加交流電流流過管道時,在管道四周產生相應的磁場。當管道外防腐層完好時,隨著管道的延伸,電流較均衡,無電流流失現象或流失較少,其管道四周產生的磁場比擬穩定;當管道外防腐涂層破損或老化時,在破損處就會有電流流失現象,隨著管道的延伸,其在管道四周磁場的強度就會削弱,這是目前國內外應用比擬成熟的一種檢測辦法,可長間距快速探測整條管線的防腐層情況,也可縮短間距對損破點停止定位。

電流差檢測技術原理是:在管道與大地之間施加的交變電壓信號,經過管道防腐層破損點處時,會流失在大地土壤中;因此電流密度隨著遠離破損點的間隔而減小,在破算點的上方地外表構成了一個交流電壓梯度,經過濾波放大后,顯現檢測結果。

依據 2006 年國際管道會議上戰士的最新研討結果,美國西南研討院和 CC 技術公司,開發了應用薄膜腐蝕傳感器與挪動無線技術相分離的檢測管道內腐蝕的技術;中國石油自然氣集團公司,開發了應用超聲導波丈量管道涂層內腐蝕技術;PETROBRAS 公司開發了應用聲學發射技術的直接評價辦法;Trans Canada 公司開發出了應用磁學的金屬損失檢測工具等。目前,分離 DCVC、CIPS、后處置差分全球定位系統(dGPS)三種技術的新型檢測設備正在研發之中。

2)直接評價技術規范:美國腐蝕工程師協會(NACE)正在或曾經編制了ECDA、DG-ICDA(干氣)、WG-ICDA(濕氣)和 SCCDA 規范。ECDA 規范曾經完成,也會并入該項規則。NACE 關于 DG-ICDA 的規范有望在近期出臺;WG-ICDA 和液體管道 ICDA 的初稿還處于編制的前期階段,有望在 NACE 2007年國際腐蝕會議上停止討論。

3)專題研討工作:為增強完好性相關技術的研討,美國國會加大了對 PHMSA 管道平安研發項目的支持力度。經過過會的受權,PHMSA 重點贊助了一些研發項目,以增強美國能源運輸和配送管道的平安性、牢靠性和符合環境請求的操作工藝的處理計劃。從 2002 年開端,PHMSA 一共支持了 25 個與直接評價技術相關的研發項目,一些工業組織、管道運營商、管理者和研討機構共同為這些項目提供了近 1400 萬美圓的贊助。這些項目由美國、加拿大和歐洲的研討機構分別承當,重點在于擴展直接評價的應用范圍,以及在直接評價過程中各項完好性技術的整合。國際管道研討會(PRCI)、美國自然氣協會(AGA)和美國能源部州際自然氣協會(INGAA)等組織,也對許多企業和項目停止了資助。

這些專題研討包括了實踐效果研討、工業管道及閥門維修,間接檢測設備應用效果、流膂力學模型、直接評價的不正確性和牢靠性、對理論的總結等,詳細有以下幾個方面:①對 ECDA 和內檢測數據停止比照,以對 ECDA 辦法停止考證;經過實例論證 NACE 發布引薦的有效性;對復合管、光管、巖石區和其他難以停止 ECDA 評價的狀況停止實驗;對不適宜停止 ECDA 評價的條件停止研討;針對難以停止 ECDA 的區域開發機器人系統。②檢查考證 DG-ICDA 作為預測內腐蝕位置的辦法,展開對 WG-ICDA 的初步研討。③評價導波技術的有效性,研討對遠間隔超聲導波信號的加強及區域擴展可能性的評價;遠間隔超聲導波與計算機終端的數據處置和通訊系統分離技術;加大空中檢測管壁金屬損失工具的研發力度,使之能與智能檢測器技術抗衡。

PHMSA 和美國管道平安代表協會(NAPSR),結合組織美國能源部州際自然氣協會(INGAA)、美國自然氣協會(AGA)、美國腐蝕工程師協會(NACE)、美國民用自然氣協會(APGA)舉行了論壇,專題討論與自然氣完好性相關的直接評價技術。PHMSA 向管理者和行業推介直接評價研發的現狀,提供直接評價施行的典型案例。并討論 NACE 有關 ECDA、ICDA、SCCDA 規范的停頓狀況。

直接評價技術將不時為如今難以評價的區域,提供改良了的處理計劃。直接評價不只作為一種制藥的評價工具,同時作為智能檢測器和試壓的輔助工具,將具有愈加普遍的應用前景。

(4)內檢測技術的停頓以及存在的問題

隨著完好性管理的開展,需求準確牢靠的數據,來執行先進的完好性評價方案和優化辦法;對內檢測器的準確性、牢靠性、可反復性、可比照性以及高分辨率等方面,提出了更高的請求。各種檢測技術不時開展,應用各種原理的管道智能內檢測不時更新,內檢測技術獲得了本質性的停頓,但依然存在一些問題。

1)裂紋內檢測技術:目前最合適于檢測裂紋的技術是超聲波辦法,脈沖波在管道內外表和外表反向產生周向橫波;假如脈沖遇到裂紋,他就會原路返回并被變換器接納,由此檢測到該裂紋的存在。其主要優點是可以提供對管壁的定量檢測,具有較高的數據精度和置信度;缺陷是需求耦合劑,應用于輸氣管道時較復雜。

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