張有渝 傅賀平 熊 皓 宋清安

中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司，四川 成都 610041

0 前言

我國(guó)油氣工程正處于大規(guī)模發(fā)展與建設(shè)階段，大量的油氣管件投入應(yīng)用。管件的質(zhì)量和性能直接影響到工程的安全運(yùn)行和使用壽命，保證管件質(zhì)量和性能的關(guān)鍵，主要取決于管件標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)的正確應(yīng)用。目前，我國(guó)管件標(biāo)準(zhǔn)不同程度地存在諸多值得商榷的技術(shù)問(wèn)題，為此，有必要對(duì)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析、研究和修訂，以制定相應(yīng)的對(duì)策，保證管道設(shè)施的安全運(yùn)行。

1 管件標(biāo)準(zhǔn)涵蓋內(nèi)容

油氣工程使用的管件包括三通、彎頭、異徑接頭和管帽，其中三通、彎頭規(guī)格最多，應(yīng)用范圍最廣。按受力狀態(tài)、力學(xué)性能、制造工藝和尺寸條件等方面的要求，三通特別是模壓拔制三通要求最為嚴(yán)格。

1.1 管件的性能

管件長(zhǎng)期安全與穩(wěn)定運(yùn)行是管件設(shè)計(jì)、制造和安裝的根本要求，而管件標(biāo)準(zhǔn)則是達(dá)到這一根本要求的基本保證，管件標(biāo)準(zhǔn)必須對(duì)管件質(zhì)量、性能予以明確規(guī)定，至少應(yīng)包括以下內(nèi)容：

a）力學(xué)性能：在介質(zhì)內(nèi)壓和溫度作用下，管件必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度。

b）沖擊韌性：判定材料的缺口敏感性和脆性傾向或冶金缺陷，保證管件在外荷載或低溫下有足夠的韌性，不出現(xiàn)斷裂和低溫脆裂［1］。

c）硬度：在含H2S 或硫化物、水、CO2等具有腐蝕性的介質(zhì)作用下，管件具有較低的應(yīng)力腐蝕或氫致裂紋概率。

d）金相組織和晶粒度：保證管件應(yīng)符合性能要求。 e）化學(xué)成分：保證原材料滿足管件在制造特別是熱加工和熱處理后的性能要求的基本條件。

1.2 管件的制造工藝

隨著油氣工程的大型化，管件向著高壓、大尺寸、高鋼級(jí)、大壁厚方向發(fā)展。目前，西氣東輸二線、三線工程設(shè)計(jì)壓力10 MPa，管道外徑1 219 mm，管件的材質(zhì)屈服強(qiáng)度最低值555 MPa，相當(dāng)于X80 鋼級(jí)的鋼管/鋼板。在管件原材料為高鋼級(jí)、大直徑、大壁厚的條件下，其制造技術(shù)必須采用多次加熱、多次模壓拔制或高溫?cái)D壓彎制的工藝，特別是高壓大直徑的三通和彎頭［2］。

管件的原材料鋼管/鋼板，特別是采用控軋控冷工藝（TMCP）生產(chǎn)的高鋼級(jí)鋼管/鋼板，在多次長(zhǎng)時(shí)間高溫加熱或短時(shí)高溫加熱并經(jīng)水急冷的制造工藝作用下，其金相組織和晶粒度會(huì)發(fā)生相當(dāng)大的改變，原有的性能特別是力學(xué)性能也發(fā)生較大的改變（一般表現(xiàn)為較大幅度的降低）。為使管件保持與其原材料相同的性能，成形后的管件需進(jìn)行相應(yīng)的熱處理。

管件的結(jié)構(gòu)、尺寸決定了管件的制造工藝，而制造工藝又影響著管件的性能和質(zhì)量，管件的性能和質(zhì)量直接關(guān)系到油氣工程管件的長(zhǎng)期、安全和穩(wěn)定運(yùn)行，這種因果關(guān)系應(yīng)在管件標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容上明確表述。

管件的制造工藝（含熱處理）決定了管件的性能。對(duì)不同規(guī)格或材質(zhì)的管件，應(yīng)采用不同的制造工藝。而對(duì)相同材質(zhì)和相同規(guī)格的管件，采用的制造工藝參數(shù)不同，其性能也不同。為保證管件的性能，必須對(duì)管件的制造工藝進(jìn)行明確規(guī)定，特別是應(yīng)力分布復(fù)雜、高鋼級(jí)大直徑、大厚壁的模壓拔制三通和高壓大直徑彎頭。焊接工程中金屬焊接接頭不可能在焊接后進(jìn)行破壞性取樣試驗(yàn)，否則焊接接頭就不能使用了，所以要對(duì)擬定的焊接工藝進(jìn)行試驗(yàn)和檢測(cè)評(píng)定，并編制焊接工藝規(guī)程，以保證焊接接頭性能和質(zhì)量。

為了規(guī)范焊接工藝評(píng)定和焊接工藝規(guī)程，國(guó)內(nèi)外均制定了相應(yīng)的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如我國(guó)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》［3］和NB/T 47015-2011《壓力容器焊接規(guī)程》，美國(guó)API 標(biāo)API 1104-2005《管道及有關(guān)設(shè)施的焊接》。同樣，為規(guī)范管件的制造工藝，在管件標(biāo)準(zhǔn)中需提出對(duì)管件制造工藝規(guī)范（MPS）的要求。

管件標(biāo)準(zhǔn)對(duì)管件制造工藝規(guī)范（MPS）不僅要有規(guī)定，而且應(yīng)有嚴(yán)格細(xì)致的程序性要求，使之編制、評(píng)定和操作都有章可循，至少應(yīng)包括：MPS 制訂的程序；MPS 至少應(yīng)包含的內(nèi)容；MPS 的評(píng)定；MPS 的執(zhí)行和修改等。

同時(shí)，應(yīng)規(guī)定購(gòu)方對(duì)MPS 進(jìn)行書(shū)面認(rèn)可，監(jiān)督制造商是否認(rèn)真執(zhí)行MPS，保證管件的性能和質(zhì)量。

1.3 試驗(yàn)與檢驗(yàn)

管件成品的試驗(yàn)與檢驗(yàn)是保證管件性能和質(zhì)量的最后環(huán)節(jié)，其管件試驗(yàn)與檢驗(yàn)的要求至少應(yīng)包含以下內(nèi)容：

a）管件的性能指標(biāo)，包括化學(xué)成分、力學(xué)性能、沖擊試驗(yàn)、硬度、金相組織和晶粒度，特別對(duì)三通和彎頭，還應(yīng)規(guī)定取樣的部位。

b）管件的表面質(zhì)量。

c）管件不同部位的無(wú)損檢測(cè)。

d）管件中管體和管端幾何尺寸偏差要求。

上述試驗(yàn)與檢驗(yàn)項(xiàng)還應(yīng)規(guī)定相應(yīng)的檢驗(yàn)方法，特別是尺寸偏差的檢測(cè)，應(yīng)盡量詳細(xì)規(guī)定其檢測(cè)儀器、工具和方法，獲得準(zhǔn)確的檢測(cè)值，以保證管件的產(chǎn)品質(zhì)量，提高管件的現(xiàn)場(chǎng)組裝焊接質(zhì)量。

在管件標(biāo)準(zhǔn)中，應(yīng)規(guī)定管件試驗(yàn)與檢驗(yàn)的組批和頻次要求，否則，管件試驗(yàn)與檢驗(yàn)的結(jié)果很可能不能準(zhǔn)確反映管件的實(shí)際性能和質(zhì)量狀況。此外，還應(yīng)對(duì)管件的缺陷和修補(bǔ)做出明確規(guī)定。

2 現(xiàn)行管件標(biāo)準(zhǔn)存在問(wèn)題分析

2.1 對(duì)管件性能的要求

國(guó)內(nèi)油氣工程現(xiàn)行管件標(biāo)準(zhǔn)較多，常用的主要有GB/T 12459-2005 《鋼制對(duì)焊無(wú)縫管件》［4］、SY/T 0510-2010《 鋼制對(duì)焊管件規(guī)范》［5］、SY/T 0609-2006《 優(yōu)質(zhì)鋼制對(duì)焊管件規(guī)范》［6］，其他還有SH 管件標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)/技術(shù)規(guī)格書(shū)。管件的性能要求見(jiàn)表1。

表1 管件的性能要求

從表1 可看出，現(xiàn)行管件標(biāo)準(zhǔn)在對(duì)管件性能的要求上極不一致，存在的問(wèn)題：

a）對(duì)管件力學(xué)性能：在GB/T 12459-2005《鋼制對(duì)焊無(wú)縫管件》中作為補(bǔ)充內(nèi)容列出，而且要在合同中列入并確定合格標(biāo)準(zhǔn)才予以檢驗(yàn)，這種做法危及管件安全，非常不恰當(dāng)；SY/T 0510-2010《鋼制對(duì)焊無(wú)縫管件規(guī)范》規(guī)定管件力學(xué)性能“應(yīng)滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)文件的要求”，而其本身就是管件標(biāo)準(zhǔn)，為何還要滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

b）管件沖擊韌性：在GB/T 12459-2005《鋼制對(duì)焊無(wú)縫管件》中只對(duì)低溫作了規(guī)定，對(duì)設(shè)計(jì)溫度高于-20℃非低溫鋼則無(wú)要求，如果有要求，也要在合同中予以補(bǔ)充，并在合同中對(duì)“合格標(biāo)準(zhǔn)”進(jìn)行明確；而SY/T 0510-2010 《鋼制對(duì)焊無(wú)縫管件》對(duì)管件的沖擊試驗(yàn)的“合格標(biāo)準(zhǔn)”未進(jìn)行明確。

c） 管件硬度：SY/T 0609-2006《優(yōu)質(zhì)鋼制對(duì)焊管件》對(duì)此無(wú)規(guī)定，因此，如果油氣介質(zhì)具有腐蝕性特別是含S 時(shí)，必須在設(shè)計(jì)中予以補(bǔ)充規(guī)定，否則不能用于酸性環(huán)境的內(nèi)部集輸和天然氣凈化裝置。

d）金相：GB/T 12459-2005《鋼制對(duì)焊無(wú)縫管件》、SY/T 0510-2010《鋼制對(duì)焊管件規(guī)范》、SY/T 0609-2006《優(yōu)質(zhì)鋼制對(duì)焊管件規(guī)范》正式條文中均未規(guī)定，GB/T 12459-2005《鋼制對(duì)焊無(wú)縫管件》僅在補(bǔ)充檢驗(yàn)項(xiàng)目中進(jìn)行了規(guī)定，即“當(dāng)購(gòu)方有要求時(shí)，在合同中予以明確”。對(duì)于采用高鋼級(jí)的高壓大直徑管件，特別是三通，在多次高溫加熱、模壓拔制時(shí)，對(duì)管件的金相組織和晶粒度應(yīng)給予檢驗(yàn)，并在報(bào)告中列出檢驗(yàn)結(jié)果。

綜上所述，設(shè)計(jì)文件采用管件標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，特別是采用GB/T 12459-2005《鋼制對(duì)焊無(wú)縫管件》時(shí)，必須對(duì)管件的性能要求予以補(bǔ)充，寫出技術(shù)協(xié)議并作為合同的正式文件予以規(guī)定，以保證管件的強(qiáng)度和其他性能。對(duì)其他標(biāo)準(zhǔn)，也應(yīng)根據(jù)工程的性質(zhì)補(bǔ)充相應(yīng)的技術(shù)要求。

2.2 對(duì)管件制造工藝的要求

現(xiàn)行管件標(biāo)準(zhǔn)僅對(duì)管件成形的制造工藝方法作了粗略的規(guī)定，即管件的成形方法不產(chǎn)生有害缺陷，但對(duì)管件的制造工藝未作規(guī)范化和程序化的規(guī)定，也未明確管件按制造工藝規(guī)范（MPS）進(jìn)行制造。因此，從標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行上難以保證管件制造工藝滿足管件的性能要求，以致運(yùn)行中管件可能有潛在安全風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)管件的熱處理，GB/T 12459-2005《鋼制對(duì)焊無(wú)縫管件》只要求冷加工成形和CrMo 鋼、不銹鋼熱加工成形及碳鋼最終成形溫度低于750℃的三種工藝情況進(jìn)行管件熱處理，而對(duì)其它鋼材和制造工藝（包括成形溫度）加工的管件均不要求熱處理。這種規(guī)定，將難以保證管件的性能和質(zhì)量以及消除管件制造中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。

2.3 對(duì)管件試驗(yàn)與檢驗(yàn)的要求

管件的試驗(yàn)與檢驗(yàn)應(yīng)包含試驗(yàn)與檢驗(yàn)的項(xiàng)目、試驗(yàn)與檢驗(yàn)的頻次和方法及合格評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)。GB/T 12459-2005《鋼制對(duì)焊無(wú)縫管件》僅對(duì)管件硬度的檢驗(yàn)作了規(guī)定，要求每批管件抽檢3%且不少于2 件，對(duì)合金鋼管件應(yīng)逐件進(jìn)行檢驗(yàn)，而對(duì)碳鋼管件硬度檢驗(yàn)組批含義也未作規(guī)定。這種規(guī)定的“伸縮性”很大，易使供需雙方產(chǎn)生矛盾。其他性能則無(wú)明確的檢驗(yàn)規(guī)定，均應(yīng)列入補(bǔ)充檢驗(yàn)條款。當(dāng)購(gòu)方提出要求時(shí)，應(yīng)在合同中予以規(guī)定，包括檢驗(yàn)項(xiàng)目、檢驗(yàn)方法和合格判定標(biāo)準(zhǔn)。

管件試驗(yàn)與檢驗(yàn)的頻次是管件標(biāo)準(zhǔn)中的重要內(nèi)容，不僅包含了管件組批的要求，也包含了每批管件試驗(yàn)與檢驗(yàn)的數(shù)量，反映了試驗(yàn)與檢驗(yàn)的結(jié)果是否具有代表性，是否能真實(shí)反映被檢的各批次管件的性能和質(zhì)量。因此，在標(biāo)準(zhǔn)中不僅要提出頻次的規(guī)定，而且還要列出檢驗(yàn)頻次的依據(jù)，這是制定標(biāo)準(zhǔn)必須慎重考慮的問(wèn)題。

2.4 其他問(wèn)題

2.4.1 管件標(biāo)準(zhǔn)名稱不準(zhǔn)確

管件標(biāo)準(zhǔn)名稱應(yīng)與其內(nèi)容相一致，讓使用者一目了然。 SY/T 0510-2010《鋼制對(duì)焊管件規(guī)范》在名稱上規(guī)定的是對(duì)焊管件，但實(shí)際上在規(guī)范性引用文件中列入了6 個(gè)無(wú)縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)，如GB 3087、GB 5310、GB 6479 等，在管件尺寸表中又列入了不同規(guī)格的小直徑管件，例如DN 15～100 的長(zhǎng)半徑彎頭、三通和四通等，顯然，這些管件是用無(wú)縫鋼管制作的無(wú)縫管件，不屬于對(duì)焊管件。因此，管件標(biāo)準(zhǔn)中的名稱必須準(zhǔn)確，并與內(nèi)容相一致。

2.4.2 管件規(guī)格不全

我國(guó)油氣工程經(jīng)過(guò)多年來(lái)的快速發(fā)展，管件設(shè)計(jì)制造技術(shù)水平有了很大的提高，滿足了我國(guó)油氣工程建設(shè)的需要。管件標(biāo)準(zhǔn)列入了大量的管件的規(guī)格、尺寸等方面的信息，但對(duì)油氣工程上常用的一些管件規(guī)格，特別是異徑三通中大直徑主管小直徑支管的三通規(guī)格信息則較缺乏。實(shí)際上，國(guó)內(nèi)許多管件制造廠都能生產(chǎn)這類管件，因此，管件標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)對(duì)這類信息進(jìn)行補(bǔ)充，以方便管件制造廠與工程設(shè)計(jì)人員參閱與使用。

2.4.3 管件水壓試驗(yàn)責(zé)任不明確

管件在制造廠一般不要求作水壓試驗(yàn)，而是在油氣工程的投產(chǎn)前隨工程一起進(jìn)行水壓試驗(yàn)，若出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，制造方應(yīng)承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任，這一點(diǎn)應(yīng)在管件標(biāo)準(zhǔn)中予以明確規(guī)定，以避免供需雙方的分歧和矛盾，但現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此責(zé)任均未明確規(guī)定。GB/T 12459-2005《鋼制對(duì)焊無(wú)縫管件》對(duì)水壓試驗(yàn)的壓力規(guī)定不嚴(yán)謹(jǐn)：所有管件應(yīng)能經(jīng)受住與管件材料、公稱尺寸及壁厚等級(jí)相同的無(wú)縫鋼管，按適用的管道規(guī)范所要求的水壓試驗(yàn)壓力而無(wú)泄漏或無(wú)損于使用性能的缺陷。很明顯，以無(wú)縫鋼管的試驗(yàn)強(qiáng)度作為與之同材料、同公稱尺寸及壁厚等級(jí)的對(duì)焊管件壓力試驗(yàn)的計(jì)算試驗(yàn)壓力值是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)定。

3 結(jié)論與建議

油氣工程常用的管件標(biāo)準(zhǔn)在管件性能和質(zhì)量、管件制造工藝規(guī)范及試驗(yàn)與檢驗(yàn)等方面應(yīng)有明確的規(guī)定，保證管件滿足設(shè)計(jì)需求和安全運(yùn)行。分析結(jié)果表明，常用標(biāo)準(zhǔn)或多或少地存在技術(shù)性問(wèn)題，影響了管件設(shè)計(jì)和使用的安全可靠性，特別是GB/T 12459-2005《鋼制對(duì)焊無(wú)縫管件》在管件的強(qiáng)度、沖擊韌性、制造工藝規(guī)范和檢驗(yàn)項(xiàng)目、方法及合格評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)上均存在較嚴(yán)重的技術(shù)問(wèn)題，需要認(rèn)真思考和研究。因此，建議如下：

a）在油氣工程設(shè)計(jì)和生產(chǎn)運(yùn)行選用管件標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，對(duì)常用管件標(biāo)準(zhǔn)必須作認(rèn)真的研究，補(bǔ)充必要的技術(shù)要求作為設(shè)計(jì)文件的組成部分，以保證管件使用的安全性。

b）對(duì)正式頒布使用近8 年且在設(shè)計(jì)制造上已廣泛應(yīng)用的GB/T 12459-2005《鋼制對(duì)焊無(wú)縫管件》應(yīng)盡快進(jìn)行修訂與完善。修訂時(shí)應(yīng)補(bǔ)充內(nèi)容：管件材料的入廠復(fù)驗(yàn)；管件性能和質(zhì)量的明確要求，特別是管件的力學(xué)性能和沖擊韌性要求，而不是將其作為補(bǔ)充檢驗(yàn)項(xiàng)目；管件制造工藝規(guī)范（MPS）的規(guī)定和確認(rèn)程序；管件的試驗(yàn)與檢驗(yàn)項(xiàng)目、方法和合格評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，特別是檢驗(yàn)頻次的要求；管件的規(guī)格、尺寸；管件水壓試驗(yàn)的責(zé)任劃分。

［1］劉瑞堂，劉文博，劉錦云. 工程材料力學(xué)性能［M］. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2001, 63-64.Liu Ruitang, Liu Wenbo, Liu Jinyun. Mechanics Performance of Engineering Materials［M］. Harbin: Harbin Industrial University Press, 2001. 63- 64.

［2］張有渝，成一宇. 站場(chǎng)用管件設(shè)計(jì)與制造［J］. 天然氣與石油，2005, 23(4): 44-46.Zhang Youyu, Cheng Yiyu. Design and Manufacture of Fittings Used in Stations［J］. Natural Gas and Oil, 2005, 23 (4): 44-46.

［3］NB/T 47014-2011，承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定［S］.NB/T 47014-2011, Welding Procedure Qualification for Pressure Equipments［S］.

［4］GB/T 12459-2005，鋼制對(duì)焊無(wú)縫管件［S］. GB/T 12459-2005, Steel Butt-Welding Seamless Fittings［S］.

［5］SY/T 0510-2010，鋼制對(duì)焊管件規(guī)范［S］.SY/T 0510-2010, Specification for Steel Butt-Welding Fittings［S］.

［6］SY/T 0609-2006，優(yōu)質(zhì)鋼制對(duì)焊管件規(guī)范［S］.SY/T 0609-2006, Specification for High Quality Steel Butt-Welding Fittings［S］.