火灾事故后特殊类别压力管道检验问题汇总与分析

王红源* 李斌彬 施星光 胡利晨

（宁波市特种设备检验研究院）

0 引言

宁波地区某化工企业70 万t/a PTA 装置发生事故后引发火灾，导致部分设备受火并紧急停车，设备处于非正常停用状态2 个多月，工艺处理复杂，设备腐蚀严重。管道上发生了大面积的点腐蚀情况，因为管道内部空间狭小，无法通过宏观检验发现内部点腐蚀，且管道定期检验中的常规射线检测主要针对焊口焊接质量，很难顾及到管道母材，且对点腐蚀检出率较低[1-2]。以内部编号507 号管道为例，采用多种检验检测技术对其过火后的情况和点腐蚀情况进行了判定，提出了PTA 装置点腐蚀的有效检测手段和注意事项。

1 特殊类别管道的定义与处理

为了提高检验的针对性与有效性，此次事故后定期检验时应根据受检设备的特点，如设备的使用情况、受火情况、损伤模式、失效模式等方面，重点检查过火影响范围内的管道、存在环境开裂倾向的管道以及由焊接直管、焊接弯头等组成的管道，并将过火范围内的管道、事故管道同类损伤机理的管道以及高压有缝的管道定义为本文探讨的特殊类别管道。

1.1 过火范围内的管道

针对受到火灾影响的压力管道，要求企业寻找有资质的评级机构进行火灾受损评价。根据火灾受损评价报告，确定热暴露区等级，从而确定哪些区域的管道会存在明显的损伤。

对于有明显损伤的压力管道，应要求企业进行更换，如若不更换，则应要求企业组织相关专家评审，提出意见和建议。

企业委托有相关能力的机构对火灾中受到影响的PTA 产线区域内压力管道进行火灾受损评价。根据评价结果，企业对受到火灾影响且有明显损伤的管道进行了更换。

1.2 事故管道为同类损伤机理的管道或高压有缝的管道

根据事故管道破裂原因的分析（原因之一是HBr等强腐蚀性介质与聚集引起管道内表面发生大面积应力腐蚀开裂），结合介质、材料筛选出同类损伤机理的管道；根据设计压力大于等于4.0 MPa 且管道母材存在直焊缝，筛选出高压有缝管道。

对于该类管道，主要采用新技术（CR、DR 或者相控阵检测）来筛查母材和焊口的应力腐蚀开裂和母材腐蚀情况，筛查比例应为20%的管道总长度母材。

2 检验过程与结果分析

2.1 检验过程

通过宏观检验、壁厚测定、射线检测、超声波检测、CR 检测或者相控阵检测、表面检测，发现特殊类别管道主要存在以下缺陷：（1）管道在制造安装过程中产生的缺陷，主要表现为未熔合、未焊透、条渣、气孔等埋藏类危害性缺陷；（2）管线使用过程中产生的缺陷主要为管道的局部减薄和局部腐蚀。

通过汇总发现腐蚀减薄的管道主要集中在CTA装置中，下面就检验过程中发现的具有典型性的一根管道进行具体分析。内部编号507 号管道主要技术参数可见表1，507 号管道切割后内壁腐蚀坑图像可见图1。

表1 CTA装置507号管道主要技术参数

图1 切割后内壁腐蚀坑图

2.2 结果分析

分别采用CR、DR、全聚焦相控阵技术对507 号管道切割后内壁腐蚀坑进行检测。

2.2.1 CR检测结果

利用CR 技术检测出007A 位置的1 处深孔缺陷F1，该缺陷与母材的黑度差较大，为典型的深孔缺陷，深孔直径为4.1 mm。此外，在007A 位置处还发现了2 处圆形缺陷（F2 和F3），其直径分别为2.8 mm和2.5 mm 如图2 所示。

图2 007A处CR成像图

2.2.2 全聚焦相控阵检测结果

CR、DR 检测技术能有效地检测出压力管道内壁

2.2.3 DR检测结果

在CR 检测的基础上，对007A 同一位置再次实施DR检测。检测发现的3个缺陷均与母材黑度相差较大，为典型的深孔缺陷。其中，缺陷F1 直径为4.0 mm，另外两个缺陷F2 和F3 直径分别为2.7 mm 和2.3 mm，如图3 所示。

图3 007A处DR成像图

2.2.4 全聚焦相控阵检测结果

CR、DR 检测技术能有效地检测出压力管道内壁腐蚀坑，精确地测量腐蚀坑的直径，但难以确定缺陷的自身高度，只能通过黑度大小来估算缺陷在透照方向的厚度。由于深孔直径较小，为了精确的测定缺陷的形貌特征，采用高分辨率的全聚焦相控阵技术。采用相控阵直探头垂直入射法检测缺陷的轮廓形貌，如图4 所示，利用相控阵斜探头横波入射法检测缺陷在壁厚方向上的扩展情况，如图5 所示。由于缺陷为尺寸较小的腐蚀孔，在检测过程中，相控阵探头的轻微移动，容易引起检测信号的消失。最终检测得到了3 个深孔缺陷，F1、F2 和F3 的直径分别为4.2 、3.2 、2.6 mm，自身高度分别为1.8 、1.2 、1.0 mm。

图4 腐蚀坑直探头检测图

图5 腐蚀坑斜探头检测图

2.2.5 三种检测方法比较情况

通过对检测结果进行对比后可以发现，三种检测方法发现的深孔缺陷直径大小基本一致，但是全聚焦相控阵检测方法还可以确定缺陷的自身高度。

压力管道检验过程中常采用射线胶片照相技术来检测埋藏缺陷，该检测方法不仅检测效率低，而且还会出现各种问题。在这种情况下，CR 与DR 检测技术的应用得到了更多重视[3]。

对于检测曝光时间，CR 检测比常规射线检测时间要缩短10%～60%，同时具备较高的宽容度，此外，CR 检测的IP 板可以实现一定程度的弯曲，适用于结构存在弯曲的检件，检测完成得到数字射线成像文件，可以在计算机上编辑评图，没有常规射线底片的运输、曝光、晒片等工序，提高了检测效率，同时也能满足检测所需的灵敏度[4]。

DR检测技术在检测过程中能实时显示数字图像，利用相关的软件可使图像上的缺陷清晰可见，达到比较高的分辨率；此外，DR 检测不需要较大的曝光量，采用普通X射线机检测就能得到清晰合格的图像，且宽容度较大；结合计算机上的各种图像处理技术，可以对缺陷影像进行观察和分析，提高缺陷的定量精度；利用计算机网络技术，数字射线的图像可以简单快捷地传输，方便远程评片和技术交流。

在实际检测过程中，CR 检测和DR 检测在成像质量、检测时间以及可操作性等方面存在较大的差别，应根据现场实际需求与环境，选择合适的方法。

相对于射线检测，相控阵检测受检测环境影响较小，也没辐射，检测效率高，利用各种扫查方式可以建立试件的三维图形，利用各种色彩可以从图形中直观地看到缺陷的形貌，具有较高的灵敏度和分辨率，对于缺陷的定量和定性较为准确，同时相控阵的检测文件也能利用网络传输，方便远程评图和技术交流。

综上所述，对于压力管道内部点腐蚀的检测，建议先用数字射线技术CR/DR 进行大面积检测，发现缺陷后再结合相控阵检测技术进行综合诊断。

3 腐蚀原因分析

3.1 工艺分析

CTA 装置中的氧化工艺主要以对二甲苯为原料，醋酸为溶剂，空气为氧化剂，氢溴酸为促进剂，反应式如下：

3.2 腐蚀机理分析

醋酸是酸性溶剂，会对钢铁材料产生腐蚀，腐蚀程度与醋酸的浓度、温度和流速等有关。一般情况下，不锈钢在醋酸溶液中的耐蚀性能随着温度和醋酸浓度的升高而降低。不锈钢表面在有氧存在的情况下容易产生钝化膜，钝化膜可以保护不锈钢不被腐蚀，但是当溶液中存在Cl-、Br-等卤素离子时，不锈钢表面的钝化膜会被卤素离子破坏，在钝化膜破坏处易产生孔蚀，发生孔蚀后，卤素离子容易在蚀孔处聚集，加剧孔蚀，同时也加速了醋酸溶液对不锈钢管道表面的腐蚀[5]。

4 结论

（1）应重视资料审查工作，关注事故后处理工艺过程中介质及使用介质的成分分析，制定检验方案前应与使用单位的相关人员进行充分的沟通交流，开展设备运行过程中、紧急停车过程中、碱洗、水洗处理过程中的设备损伤机理分析。

（2）综合应用多种检测技术，覆盖缺陷检测盲区，提高检验有效性。根据检验情况的特殊性，应用火灾受损评价、CR/DR 检测、相控阵检测等多种技术方法，有效识别受火影响区域内压力管道的损伤情况以及筛查母材应力腐蚀开裂及母材腐蚀情况，满足火灾事故后压力管道检验的特殊性要求。对压力管道内部点腐蚀进行检测时，建议先用数字射线技术CR/DR 进行大面积检测，发现缺陷后再结合相控阵检测技术进行综合诊断。

（3）通过腐蚀原因进行分析后，提供如下建议：a）采用对溴醋酸耐蚀性较高的材料，在含溴醋酸环境高温氧化段，当温度低于105 ℃时，可选用超低碳含钼不锈钢，当温度高于105 ℃时，可选用钛材；b）不锈钢管道发生点腐蚀的主要原因是溴离子对于不锈钢钝化膜的破坏，因此可通过改进工艺，降低介质中的溴离子含量，减缓腐蚀，适当降低温度，避免温度在近介质沸点区操作，防止因介质沸腾加剧腐蚀反应；c）停工检修期间，对容易发生腐蚀的部位进行检验检测，可采用定点监测或在线腐蚀监测的方式，对于腐蚀严重的部位做好记录。