李 響* 殷小明 王 克 吳 晨 陳 藝

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院）

0 前言

工業(yè)管道是工廠的“血管”[1]，具有系統(tǒng)龐大、布置復(fù)雜、材質(zhì)規(guī)格多樣、運(yùn)行條件多變等特點(diǎn)。管道安裝過程受到人為因素、材料質(zhì)量因素、施工技術(shù)因素等影響，使施工過程中的質(zhì)量和進(jìn)度管理較為困難，而管道安裝質(zhì)量差則會(huì)給工廠生產(chǎn)留下安全隱患。

為了保障工業(yè)管道的運(yùn)行安全，各國針對(duì)壓力管道制訂了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。例如美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME）制定了工業(yè)管道規(guī)范ASME B31.3；我國于2006年參照ASME B31.3制定了GB/T 20801—2006《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道》[2]。

隨著工業(yè)管道安裝和檢測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展，我國于2020 年修訂了GB/T 20801—2020《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道》，修訂過程中參考了相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)（如ASME B31.3-2014，EN 13480.4:2002，ASME PCC-1-2013），也借鑒了石化、電力等行業(yè)的通用做法，新標(biāo)準(zhǔn)于2021 年6 月1 日正式實(shí)施。

GB/T 20801—2020 標(biāo)準(zhǔn)是工業(yè)管道推薦性、基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)，也是安全技術(shù)法規(guī)TSG D0001—2009《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)。GB/T 20801.4—2020《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道 第4 部分：制作與安裝》主要規(guī)定了工業(yè)金屬壓力管道的制作和安裝的基本要求，包括工業(yè)管道的制作、管線焊接、材料預(yù)熱、焊后熱處理、裝配、管線清理等方面[3-4]。

本文將GB/T 20801.4—2020 標(biāo)準(zhǔn)與GB/T 20801.4—2006版標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)比，主要介紹了GB/T 20801.4—2020《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道 第4部分:制作與安裝》標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，聚焦工業(yè)管道元件及材料檢查和驗(yàn)收、管道制作、焊接工藝評(píng)定和焊工技能評(píng)定方面的變化情況，以及附件焊接、熱處理等變動(dòng)。

1 工業(yè)管道制作要求

1.1 工業(yè)管道施工質(zhì)量控制

在工業(yè)管道實(shí)際安裝過程中，工程量大、涉及面廣、節(jié)點(diǎn)多、時(shí)間緊，需要正確選擇管線材料，提前擬定施工質(zhì)量方案和計(jì)劃，并且從安裝前、中、后三階段控制好施工安裝質(zhì)量和施工進(jìn)度，著重關(guān)注焊口的焊后熱處理和耐壓試驗(yàn)，及時(shí)追蹤每條管線的施工質(zhì)量情況[5-6]。

管道工程施工的基本依據(jù)是管道設(shè)計(jì)文件，在施工時(shí)，施工單位時(shí)常發(fā)現(xiàn)不符合實(shí)際或設(shè)計(jì)不合理的情況，有時(shí)還存在采購材料困難及引用新材料等狀況，需要采用代用材料進(jìn)行施工。鑒于此，修訂后的標(biāo)準(zhǔn)新增條文4.2 參照了工程建設(shè)施工規(guī)范GB 50235—2010《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》，對(duì)設(shè)計(jì)文件修改和材料代用提出要求。新的標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定施工單位可對(duì)材料代用或設(shè)計(jì)文件提出意見，原設(shè)計(jì)單位研究決定后可作出設(shè)計(jì)變更，經(jīng)意見簽署和蓋章后，施工單位根據(jù)變更后的設(shè)計(jì)文件進(jìn)行施工。

為了提高工業(yè)管道安裝質(zhì)量，許多企業(yè)采用信息管理系統(tǒng)對(duì)管道安裝施工工程中的焊接、熱處理、檢測(cè)信息、焊工人員進(jìn)行統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)信息共享，有效提高管道的安裝效率新標(biāo)準(zhǔn)。GB/T 20801.4—2020標(biāo)準(zhǔn)中新增了條文4.3，鼓勵(lì)管道制作和安裝單位采用工業(yè)管道信息化管理系統(tǒng)來管理管道的安裝進(jìn)程，建議制造和安裝單位在管道安裝過程中保存好管道元件、焊接熱處理等相關(guān)信息，及時(shí)掌握工藝管道施工的相關(guān)信息，合理安排好人員配置，做好安裝質(zhì)量關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的控制工作。

1.2 管道元件及材料檢查和驗(yàn)收方面

處理工業(yè)管道不合格品時(shí)，2006 版標(biāo)準(zhǔn)采用“加倍抽樣”檢查[7]，實(shí)際工作中，考慮到壓力管道元件和材料是重要安全部件，不能將不合格品應(yīng)用到工業(yè)管道的安裝現(xiàn)場(chǎng)，采用“加倍抽樣”驗(yàn)收仍然存在漏檢的可能性?；凇皬脑搭^管控風(fēng)險(xiǎn)”的理念，故刪除了原條文5.7.1 條中“加倍抽樣”檢查的規(guī)定，2020 版新標(biāo)準(zhǔn)要求抽樣驗(yàn)收中只要發(fā)現(xiàn)一件不合格品，就需要對(duì)該批次進(jìn)行100%檢查。

1.3 管道制作方面的變化

工業(yè)管道施工時(shí)，需要采用磁力探傷等方法對(duì)管道的宏觀狀況進(jìn)行檢測(cè)，確保工業(yè)管道的材質(zhì)符合安裝要求。2006 版規(guī)范只對(duì)工業(yè)管道的板焊管提出了該項(xiàng)要求，實(shí)際管道元件及其材料在加工和安裝過程中都會(huì)遇到類似情況，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)管道的機(jī)械損傷情況較多，易留下隱患，因此2020 版規(guī)范中新增了條文6.1.4 ，規(guī)定管道元件及其材料在加工職責(zé)和安裝過程中的表面機(jī)械損傷，將表面機(jī)械損傷的要求擴(kuò)大到了所有的管道元件及其材料。

GC1 級(jí)管道壓力等級(jí)比較高，其彎管制作工藝對(duì)彎管的質(zhì)量具有較大影響，且彎管表面容易出現(xiàn)裂紋等缺陷，因此2020 版規(guī)范中新增條文6.3.5，規(guī)定GC1 級(jí)管道彎管彎制后，應(yīng)逐件對(duì)彎曲部位進(jìn)行磁粉檢測(cè)或滲透檢測(cè)。

修訂后的2020 版標(biāo)準(zhǔn)參照了FZ 211—2013《夾套管施工及驗(yàn)收規(guī)范》，增加了保證內(nèi)管質(zhì)量的要求，其中新增條文6.7.2 規(guī)定夾套管在制作過程中應(yīng)確保內(nèi)管的焊縫裸露可見，并且在內(nèi)管檢驗(yàn)合格前不能封閉焊接。其中內(nèi)管焊縫裸露可見是為了便于檢查質(zhì)量，從而確保內(nèi)管的制作質(zhì)量。

2 工業(yè)管道焊接要求

2.1 焊接工藝評(píng)定和焊工技能評(píng)定方面的變化

壓力管道常用的焊接方法包括鎢極氬弧焊、埋弧焊、二氧化碳?xì)怏w保焊等，在工業(yè)管道焊接過程中可能形成未熔合、咬邊、夾渣等焊接缺陷。在壓力管道制作和安裝現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生設(shè)備管道、特殊管件與管道的材料不同，需要異種材料焊接等情況，但現(xiàn)場(chǎng)無法采購到滿足焊接工藝評(píng)定需要，與設(shè)備接管、特殊管件材料相同或者相近的管件。因此。2020版規(guī)范新增條文7.1.3 對(duì)焊接工藝評(píng)定替代做出規(guī)定，指出可采用預(yù)焊接工藝規(guī)程進(jìn)行技術(shù)評(píng)審的方式代替焊接工藝評(píng)定，并給出了前提條件。

開展預(yù)焊接工藝規(guī)程評(píng)審工作時(shí)，需要滿足上述限制條件，并且由施焊單位組織監(jiān)理工程師、技術(shù)專家給出評(píng)審報(bào)告，管道施工單位可利用評(píng)審?fù)ㄟ^后的預(yù)焊接工藝規(guī)程來制定相應(yīng)管道焊接工藝規(guī)程。

工業(yè)管道施焊時(shí)，焊接工藝規(guī)程是指導(dǎo)熱處理工和焊工的工藝文件，證明施焊單位具有按照國家規(guī)定的安裝合格產(chǎn)品的能力，焊接工藝文件是檢查焊接工藝落實(shí)情況的重要依據(jù)。在實(shí)際工作中，許多施焊單位和焊接工程技術(shù)人員常忽視焊接工藝評(píng)定和焊接工藝規(guī)程的作用。因此2020 版規(guī)范新增條文7.1.4 提出了焊接工藝規(guī)程的編制要求，要求管道施焊單位根據(jù)焊接工藝評(píng)定報(bào)告（或者通過技術(shù)評(píng)審的預(yù)焊接工藝規(guī)程）來編制焊接工藝規(guī)程。對(duì)焊接工藝規(guī)程提出了統(tǒng)一、規(guī)范的內(nèi)容要求，加強(qiáng)施焊單位和焊接技術(shù)人員對(duì)焊接工藝規(guī)程內(nèi)容和編制質(zhì)量的重視程度。

保證焊接質(zhì)量的基本條件是正確選用焊接材料，一般設(shè)計(jì)文件給出焊接材料，通過焊接工藝評(píng)定驗(yàn)證后，用于工業(yè)管道的焊接。2020 版規(guī)范新增條文7.2.1給出了焊接材料選用的基本原則：首先考慮焊材和母材的匹配性，然后保證焊接結(jié)構(gòu)的使用性能，再按照母材的力學(xué)性能、化學(xué)成分、焊接性能、焊后熱處理、現(xiàn)場(chǎng)使用施工條件等因素進(jìn)行綜合考慮，必要時(shí)可以通過試驗(yàn)確定。此外，還應(yīng)該考慮焊接材料的工藝性能，焊材的工藝性能不好，電弧容易燃燒不穩(wěn)定，不易脫渣，飛濺大，焊縫易出現(xiàn)氣孔，產(chǎn)生焊接缺陷，因此選擇焊材時(shí)應(yīng)考慮焊材的工藝性能。

2.2 結(jié)構(gòu)附件的焊接

工業(yè)管道安裝工作通常在露天進(jìn)行，管道上的永久結(jié)構(gòu)附件需要和管道焊接在一起，構(gòu)成承壓焊接接頭，因此工業(yè)管道的附件和管道的連接焊縫同樣應(yīng)予以重視。2020 版新標(biāo)準(zhǔn)增加了對(duì)工業(yè)管道結(jié)構(gòu)附件的焊接要求。寫明了工業(yè)管道設(shè)計(jì)文件規(guī)定應(yīng)該采取哪一種焊縫形式。

工業(yè)管道上臨時(shí)附件的焊接常根據(jù)附件的受力情況選擇合適的焊接方法，例如熱處理用的熱電偶和管道連接，不用承受較大載荷，2020 版新標(biāo)準(zhǔn)中寫明可采用電容儲(chǔ)能焊接方法。所謂電容儲(chǔ)能焊屬于電阻焊方法，在焊接管道時(shí)，電容器通過變壓裝置放電，產(chǎn)生了焊接時(shí)間短、瞬時(shí)電流大的脈沖電流，從而將接觸的金屬迅速熔化，適合密封凸焊、環(huán)凸焊、多點(diǎn)凸焊。

2.3 焊接預(yù)熱方面

工業(yè)管道焊接完成后需要及時(shí)進(jìn)行熱處理，工業(yè)管道的定位焊縫（又稱點(diǎn)固焊縫）較短、較薄，拘束應(yīng)力較大，易開裂，故2020 版規(guī)范新增條文8.2.4，明確了工業(yè)管道點(diǎn)固焊縫的預(yù)熱要求，指出管道的定位焊縫預(yù)熱溫度要高于正式焊縫的預(yù)熱溫度。

返修焊縫是在開槽的缺口內(nèi)完成焊接，焊縫較短，拘束應(yīng)力較大，對(duì)于淬硬傾向較大的材料不僅需要預(yù)熱，而且預(yù)熱溫度比原焊縫預(yù)熱溫度更高。所以2020 版規(guī)范新增焊縫8.2.5 明確了返修焊縫的預(yù)熱溫度要求。

此外，鈷鉬合金鋼、9CrMoV 鋼以及馬氏體不銹鋼的焊接冷裂紋傾向較大，施焊過程中需要保持焊縫區(qū)域的規(guī)定預(yù)熱溫度，當(dāng)焊接中斷時(shí)，如果不能維持預(yù)熱溫度，可能會(huì)產(chǎn)生冷裂紋，根據(jù)ASME B31.1 和GB/T 32270—2015、SH/T 3520—2015、DL/T 869—2012 等標(biāo)準(zhǔn)，2020 版新規(guī)范中新增條文8.4.3，提出了相應(yīng)的限制條件和措施。其中對(duì)焊縫厚度的要求為：只有焊縫厚度達(dá)到不小于20%或10 mm（取小者）時(shí)才能中斷焊接，其目的是讓焊接接頭具有一定的強(qiáng)度，有利于減少裂紋傾向，保證焊縫的質(zhì)量。

2.4 焊接熱處理方面

工業(yè)管道的焊后熱處理是指將管道加熱保溫，再采用爐冷或空冷方式，達(dá)到降低管線的焊接殘余應(yīng)力、提高材料耐腐蝕性和改善機(jī)械性能等目的。修訂后2020 版標(biāo)準(zhǔn)中新增條文b、c、d、f，給出的熱處理溫度范圍較寬，指出了業(yè)主和設(shè)計(jì)者可根據(jù)工況條件確定熱處理溫度。Ni 含量不大于4%的低溫鎳鋼熱處理溫度和碳鋼、碳錳鋼基本相同（595 ～650 ℃），因此對(duì)含Ni 量不高于4%的低溫鎳鋼可采用降低焊后熱處理溫度延長保溫時(shí)間的做法。

某些鋼材如低溫碳鋼、高強(qiáng)鋼、3.5Ni 等在較高的焊后熱處理溫度下延長保溫時(shí)間會(huì)降低焊接接頭的強(qiáng)度和韌性，ASME B31.3-2016 標(biāo)準(zhǔn)中表331.2 給出了這些材料的熱處理溫度為650 ℃。修訂后的規(guī)范規(guī)定這些材料的焊后熱處理的溫度下限不低于550 ℃，目的是改善焊接接頭的強(qiáng)度和低溫韌性。

3 其他方面的要求

GC1 級(jí)工業(yè)管道通常為高溫、高壓、易燃、有毒、易爆介質(zhì)的管道，而管道的法蘭接頭存在泄漏危險(xiǎn)，因此，新版標(biāo)準(zhǔn)增加了法蘭接頭和螺栓的安裝及緊固要求，從而保證GC1 級(jí)管道的安裝質(zhì)量并降低泄漏風(fēng)險(xiǎn)，指導(dǎo)管道安裝人員對(duì)法蘭安裝的具體操作方法。此外，新版標(biāo)準(zhǔn)要求安裝單位編制法蘭接頭的安裝程序文件，并且經(jīng)過部門負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)后方可操作。

2020 版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了工業(yè)管道組件安裝后需進(jìn)行材質(zhì)檢查。合金鋼及有色金屬管道元件在使用前進(jìn)行了材質(zhì)和標(biāo)記檢查，但是標(biāo)準(zhǔn)仍然要求安裝完畢后再次檢查材質(zhì)標(biāo)記，從而避免管道安裝過程中錯(cuò)用，復(fù)查管道焊縫，也為了避免焊材用錯(cuò)等狀況。

工業(yè)管道的試壓、吹掃和清洗作業(yè)往往在管道接口脫開狀態(tài)下進(jìn)行，完成試壓、吹掃和清洗作業(yè)后，需要將管道安裝復(fù)位，確保管道接口恢復(fù)到作業(yè)前的狀態(tài)并確保質(zhì)量。因此2020 版規(guī)范新增條文10.6.4，提出了試壓、吹掃、清洗合格后管道和設(shè)備接口的復(fù)位檢查要求。

在埋地管道方面，修訂后的規(guī)范提出了埋地管道的支承地基的施工要求。埋地管道的載荷全部加載到支承地基上，通常要求管底土質(zhì)、回填土質(zhì)符合設(shè)計(jì)規(guī)定，管溝的溝底層應(yīng)為夯實(shí)的回填土或原土層，溝底應(yīng)平整，坡度順暢，墊層的厚度、密實(shí)度和材料應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定，具有特殊性腐蝕的土壤應(yīng)該按照設(shè)計(jì)要求處理，防止管道腐蝕或者不均勻下沉，此外，應(yīng)排除地下水和積水，避免地基承載能力下降。

4 結(jié)論

工業(yè)管道的制作安裝質(zhì)量決定了后續(xù)的使用安全性能，使用修訂后的GB/T 20801.4—2020 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工業(yè)管道的制作、焊接、預(yù)熱、熱處理、裝配和安裝提出了更加具體的規(guī)定，反映了工業(yè)管道材料制作和施工的新發(fā)展方向，提高了新時(shí)代我國工業(yè)管道的制作、安裝水平。新規(guī)范進(jìn)一步向國際通用工業(yè)管道標(biāo)準(zhǔn)看齊，為工業(yè)管道的制作、安裝和安全運(yùn)行提供了有效的技術(shù)依據(jù)，工程技術(shù)人員需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)新修訂的標(biāo)準(zhǔn)，并運(yùn)用到實(shí)際工作中去。