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[摘 要]氨制冷系统的压力管道是设备安全监管中心的重要内容，管道焊接接头治疗严重影响整个氨制冷系统运行效果。对氨制冷压力管道焊接接头缺陷进行检测时，深入分析焊接接头缺陷出现的原因及危害，提出一系列改善氨制冷管道焊接质量的方法。
[关键词]氨制冷压力管道；焊接接头；质量检测技术
中图分类号：TH49 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）11-0053-02
氨制冷压力管道主要应用在冷冻行业，其使用年限大于10年，其管道设计、按照、检验等环节安全监督中存在大量问题。冷压力管道焊接接头缺陷致使冷库氨泄漏事故频发，必须深入分析氨制冷压力管道焊接缺陷，主要包括新管道制造、安装过程中存在的缺陷，针对上述缺陷制定正确的检验方法，方便准确分析管道失效、风险预测等问题。
一、简述冷压力管道的结构
（一）氨制冷压力管道的结构特点
目前，多数地区的冷冻食品公司设计的氨制冷压力管道系统包括-35oC、-45 oC、4oC等氨制冷系统组合而成，上述系统主要包括排液桶、冷风机、集油器、高效卧式冷凝器、氨液分离器等设备。氨制冷压力管道主要用来输送氨液，氨气借助重力供液、氨泵强制供液两种方法，最终回到冷凝器压缩机构组成封闭循环系统。因此，氨制冷压力管道担负所有压力、温度和载荷变化。根据《工业管道定期检验规程》制定的GC2级压力管道，氨制冷压力管道包括安全管道。吸气管道、油管道、放空管道、排液管道等部分组成，不同管道有如下结构特点：
⑴安全管道通常设置38×3.0无缝钢管，从而连接各个设备的安全阀出口组成安全管道，随之排至大气，确保其一直处在无压力状态，可以不纳入压力管道检验范围。
⑵液体和吸气管道分为采用89×4.0无缝钢管、426×10无缝钢管，吸气管道包括凝冻机、低压循环桶、高效卧式蒸发器等，液体管道包括低压循环桶、凝冻机、贮氨器等设备组成。
⑶平衡管道、排液管道均采用573.5无缝钢管，其中，排液管道与排液桶、低压循环桶、气液调节站等相互连接。
⑷热氨管道通常采用159×4.5和377×9.0无缝管道，其中，一路采用螺杆压缩机排气口连接到总母管，另一路采用低压循环桶到冷凝器和凝冻机。
⑸油管道一般采用18×2.0无缝管道，用来连接蒸发器、冷凝器、集油器等设备，其公称直径小于25mm，不在压力管道检验范围之内。
（二）氨气的介质特性
氨气是目前应用最广泛的中压、中温制冷剂，氨的凝固温度和蒸发温度分别为-77.7℃、-33.3℃。处在常温状态下冷凝压力通常为1.1～1.3Mpa。氨具有极强的毒性和可燃性。如果空气内氨气含量达到0.5～0.6%，人在这样的环境下停留30分钟即可中毒。若其浓度上升至11～13%可以点燃，达到16%则遇见明火即刻保障。因此，氨制冷机房必须注意通风。
二、氨制冷压力管道管理存在的问题
（一）安全意识不强
目前，我国主管部门制定一系列冷库技术标准和管理规范，成为有效管理制冷系统的重要保障。在国家机构进行改革过程中，冷库安全管理并未明确由哪个部门负责，冷库管理一直处于无序状态。近些年，非国有企业日益增多，多数企业将主要精力集中在商业运作方面，从而忽视制冷及时产生的营销，缺乏相应的冷库安全管理意识。
（二）制冷设备带病工作
我国部分地区的冷库在20世纪80年代建立，库龄约有30年左右，随着企业改革体制的深入，少数企业没有定期对冷库进行维修，导致多数冷库存在年久失修、设备老化，制冷系统带病工作的情况。企业没有及时更换严重锈蚀的管道，整个冷库系统出现非常危险的冒、跑、漏等情况。
（三）无证上岗现象频发
企业冷库特种设备生产操作人员流动性较大，有些人没有上岗操作证，这些人从业前并未进行正确的培训，不具备相关制冷系统故障应急处理和安全管理教育。如果冷库制冷系统出现漏氨事故，一线操作人员不知如何处理，从而引起严重的后果。
（四）管道焊接接头存在的问题
氨制冷压力管道的焊接接头与固定口接头，进行焊接后一系列缺陷问题，主要表现如下：
⑴焊接形状及尺寸不良
在各个冷压力管道焊接接头检测中，均出现各个程度焊接接头形状及尺寸不良的情况，主要包括出现错边、咬边严重超标、角度偏差等问题。从焊接接头宏观监督判断，导致上述问题是因安装对接时，两个管道实施焊接前没有准确对正，出现不同程度的中心线偏离，致使焊接位置存在应力集中和附加应力的情况。
⑵没有焊透
在已有检测试样中，约有50%的样品出现不同程度的未熔合或焊透问题，如图1。图1（a）中2#管道焊接接头存在没有熔合缺陷，其长度接近焊接厚度一般。根据未熔合轮廓判定其右侧母材坡口不合格，焊接过程中热输入较低，坡度边缘未能充分熔化。这个位置缺陷向上、左两个部位存在明显尖端。图1（b）3#管道焊接接头没有焊透，左侧管道坡口存在焊缝与母材没有熔合缺陷。出现上述两种缺陷会在一定程度降低焊接强度，如果管道出现动载荷，上述缺陷对焊缝疲劳强度产生重要影响。
⑶孔穴
图2（a）、（b）分别为球形气孔、气孔缺陷，后者长轴尺寸约为1.5mm。（b）图的孔穴下部出现明显尖端，尖端位置出现裂纹，这些萌生的裂纹会得到进一步扩展。
三、管道焊接接头质量检验步骤
（一）检验仪器
焊接接头检测所有仪器如表1。本次实验所用仪器均为质量合格产品，其工作频率设定为0.5MHz～10MHz。儀器具备80dB以上的连续可调衰减器，其精度为任意12dB误差设定为±1dB。水平线性和垂直线误差分别不超过1%、%。
（二）选用合理的探头 本次实验使用的仪器和探头组合灵敏度较好，在达到检测工程最大声程时，其零度度余量控制在≥10dB；斜探头主声束垂直方向不存在明显双峰或多峰，其偏离不得超过±2°（表2）。
（三）檢验准备工作
进行检验之前，准确掌握管道的名称、材质、焊接工艺、热处理等情况，对明确标注焊接接头中心位置。焊接接头外观质量和尺寸对检验结果产生重要影响。使用一次反射法进行探测，探头移动区域大于1.25P。P=2Ttgβ。
（四）检验要点
管道焊缝两侧的母材，进行检验操作前准确测量管壁厚度，最少每隔90°测量一点并详细记录。斜探头检查声束母材区域使用直探头实施检查，便于准确判定否存在分层性或其他类型的缺陷。进行扫查操作时，先全面实施一遍粗扫，主要查看存在的危险缺陷。随之进行仔细扫查，明确各个缺陷的性质、尺寸，做好记录。探伤速度必须小于150mm/秒。在保持探头移动方向与焊缝中心线垂直的基础上，采用前后、左右、转角等扫查方式，判断缺陷位置、方向、形状。
四、改善冷压力管道焊接质量的对策
（1）建设、电力、质检、商贸等各部门必须各司其职，通力合作，严格按照相关规范和标准进行管理，从源头上解决氨制冷企业在建设和安全管理方面的问题。
（2）明确划分企业安全生产主体责任，提升企业负责人、安全管理人员和特种操作人员的安全意识，落实安全生产责任，提升所有人员的安全素养，严格执行各项规章制度及操作规范。同时，根据国家制定的法律规范和行业标准，监督各企业提升自身管理谁，严厉查处冷库单位存在的安全生产违法行为。
（3）为保证管道焊接质量，促使焊缝结果达到规范工艺要求，对焊接所需的设备、操作步骤及人员分工等需要控制内容进行综合考量。焊缝及其热影响表面如果存在裂纹严重影响后期使用性能及寿命，同时，也为制冷系统运行带来潜藏风险。在进行管道焊接接头检验时， 预防其产生裂纹是重要举措。在对焊接接头质量进行检验过程中， 先行对其承压设备焊接工艺评定试验，发现焊缝表面存有极小缺口，给予针对性的补救。同时，焊接接头中如果出现孔穴也会改变焊接结构的承载能力，降低其结构强度。
结束语
总之，各个管道焊接接头进行焊接时存在严重的缺陷，几乎所有的检测样品中均存在一定程度的错边、空穴、固体杂物等问题。因此，要依据管道实际情况合理设计焊接工艺，进行焊接操作时要严格按照工艺要求，尽可能减少错边、固定夹杂物等缺陷，降低裂纹发生率。
参考文献
[1] 蒋红辉.氨制冷压力管道焊接接头质量检测及分析[J].压力容器，2014，12（5）：51-57.
[2] 李冬如.6mm不锈钢对接焊接接头超声检测探讨[J].石油和化工设备，2015，18（9）：66-68.
[3] 马志坚，陈广钊，靳晓波等.S32304材料焊接接头磁粉检测磁痕分析[J].广州化工，2015，31（22）：155-157.
[4] 张尉，夏民.超声波检测方法在点焊接头焊接质量检测中的应用[J].计量与测试技术，2015，13（5）：47-49.
[5] 周永春，马健.TOFD技术与射线技术在焊接接头检测中的对比[J].无损探伤，2013，37（3）：19-24.
[6] 施建峰，郭伟灿，师俊等.聚乙烯及其复合管道安全检测与评价方法[J].化工学报，2013，64（2）：756-764.
[7] 陶雁飞.钢筋焊接接头影响因素的探讨及预防措施[J].城市建设理论研究（电子版），2014，41（34）：148-148.
[8] 魏振伟，刘昌奎，顾玉丽等.GH536镍基高温合金焊接接头力学性能与断裂特征研究[J].航空材料学报，2015，35（5）：70-74.
[关键词]氨制冷压力管道；焊接接头；质量检测技术
中图分类号：TH49 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）11-0053-02
氨制冷压力管道主要应用在冷冻行业，其使用年限大于10年，其管道设计、按照、检验等环节安全监督中存在大量问题。冷压力管道焊接接头缺陷致使冷库氨泄漏事故频发，必须深入分析氨制冷压力管道焊接缺陷，主要包括新管道制造、安装过程中存在的缺陷，针对上述缺陷制定正确的检验方法，方便准确分析管道失效、风险预测等问题。
一、简述冷压力管道的结构
（一）氨制冷压力管道的结构特点
目前，多数地区的冷冻食品公司设计的氨制冷压力管道系统包括-35oC、-45 oC、4oC等氨制冷系统组合而成，上述系统主要包括排液桶、冷风机、集油器、高效卧式冷凝器、氨液分离器等设备。氨制冷压力管道主要用来输送氨液，氨气借助重力供液、氨泵强制供液两种方法，最终回到冷凝器压缩机构组成封闭循环系统。因此，氨制冷压力管道担负所有压力、温度和载荷变化。根据《工业管道定期检验规程》制定的GC2级压力管道，氨制冷压力管道包括安全管道。吸气管道、油管道、放空管道、排液管道等部分组成，不同管道有如下结构特点：
⑴安全管道通常设置38×3.0无缝钢管，从而连接各个设备的安全阀出口组成安全管道，随之排至大气，确保其一直处在无压力状态，可以不纳入压力管道检验范围。
⑵液体和吸气管道分为采用89×4.0无缝钢管、426×10无缝钢管，吸气管道包括凝冻机、低压循环桶、高效卧式蒸发器等，液体管道包括低压循环桶、凝冻机、贮氨器等设备组成。
⑶平衡管道、排液管道均采用573.5无缝钢管，其中，排液管道与排液桶、低压循环桶、气液调节站等相互连接。
⑷热氨管道通常采用159×4.5和377×9.0无缝管道，其中，一路采用螺杆压缩机排气口连接到总母管，另一路采用低压循环桶到冷凝器和凝冻机。
⑸油管道一般采用18×2.0无缝管道，用来连接蒸发器、冷凝器、集油器等设备，其公称直径小于25mm，不在压力管道检验范围之内。
（二）氨气的介质特性
氨气是目前应用最广泛的中压、中温制冷剂，氨的凝固温度和蒸发温度分别为-77.7℃、-33.3℃。处在常温状态下冷凝压力通常为1.1～1.3Mpa。氨具有极强的毒性和可燃性。如果空气内氨气含量达到0.5～0.6%，人在这样的环境下停留30分钟即可中毒。若其浓度上升至11～13%可以点燃，达到16%则遇见明火即刻保障。因此，氨制冷机房必须注意通风。
二、氨制冷压力管道管理存在的问题
（一）安全意识不强
目前，我国主管部门制定一系列冷库技术标准和管理规范，成为有效管理制冷系统的重要保障。在国家机构进行改革过程中，冷库安全管理并未明确由哪个部门负责，冷库管理一直处于无序状态。近些年，非国有企业日益增多，多数企业将主要精力集中在商业运作方面，从而忽视制冷及时产生的营销，缺乏相应的冷库安全管理意识。
（二）制冷设备带病工作
我国部分地区的冷库在20世纪80年代建立，库龄约有30年左右，随着企业改革体制的深入，少数企业没有定期对冷库进行维修，导致多数冷库存在年久失修、设备老化，制冷系统带病工作的情况。企业没有及时更换严重锈蚀的管道，整个冷库系统出现非常危险的冒、跑、漏等情况。
（三）无证上岗现象频发
企业冷库特种设备生产操作人员流动性较大，有些人没有上岗操作证，这些人从业前并未进行正确的培训，不具备相关制冷系统故障应急处理和安全管理教育。如果冷库制冷系统出现漏氨事故，一线操作人员不知如何处理，从而引起严重的后果。
（四）管道焊接接头存在的问题
氨制冷压力管道的焊接接头与固定口接头，进行焊接后一系列缺陷问题，主要表现如下：
⑴焊接形状及尺寸不良
在各个冷压力管道焊接接头检测中，均出现各个程度焊接接头形状及尺寸不良的情况，主要包括出现错边、咬边严重超标、角度偏差等问题。从焊接接头宏观监督判断，导致上述问题是因安装对接时，两个管道实施焊接前没有准确对正，出现不同程度的中心线偏离，致使焊接位置存在应力集中和附加应力的情况。
⑵没有焊透
在已有检测试样中，约有50%的样品出现不同程度的未熔合或焊透问题，如图1。图1（a）中2#管道焊接接头存在没有熔合缺陷，其长度接近焊接厚度一般。根据未熔合轮廓判定其右侧母材坡口不合格，焊接过程中热输入较低，坡度边缘未能充分熔化。这个位置缺陷向上、左两个部位存在明显尖端。图1（b）3#管道焊接接头没有焊透，左侧管道坡口存在焊缝与母材没有熔合缺陷。出现上述两种缺陷会在一定程度降低焊接强度，如果管道出现动载荷，上述缺陷对焊缝疲劳强度产生重要影响。
⑶孔穴
图2（a）、（b）分别为球形气孔、气孔缺陷，后者长轴尺寸约为1.5mm。（b）图的孔穴下部出现明显尖端，尖端位置出现裂纹，这些萌生的裂纹会得到进一步扩展。
三、管道焊接接头质量检验步骤
（一）检验仪器
焊接接头检测所有仪器如表1。本次实验所用仪器均为质量合格产品，其工作频率设定为0.5MHz～10MHz。儀器具备80dB以上的连续可调衰减器，其精度为任意12dB误差设定为±1dB。水平线性和垂直线误差分别不超过1%、%。
（二）选用合理的探头 本次实验使用的仪器和探头组合灵敏度较好，在达到检测工程最大声程时，其零度度余量控制在≥10dB；斜探头主声束垂直方向不存在明显双峰或多峰，其偏离不得超过±2°（表2）。
（三）檢验准备工作
进行检验之前，准确掌握管道的名称、材质、焊接工艺、热处理等情况，对明确标注焊接接头中心位置。焊接接头外观质量和尺寸对检验结果产生重要影响。使用一次反射法进行探测，探头移动区域大于1.25P。P=2Ttgβ。
（四）检验要点
管道焊缝两侧的母材，进行检验操作前准确测量管壁厚度，最少每隔90°测量一点并详细记录。斜探头检查声束母材区域使用直探头实施检查，便于准确判定否存在分层性或其他类型的缺陷。进行扫查操作时，先全面实施一遍粗扫，主要查看存在的危险缺陷。随之进行仔细扫查，明确各个缺陷的性质、尺寸，做好记录。探伤速度必须小于150mm/秒。在保持探头移动方向与焊缝中心线垂直的基础上，采用前后、左右、转角等扫查方式，判断缺陷位置、方向、形状。
四、改善冷压力管道焊接质量的对策
（1）建设、电力、质检、商贸等各部门必须各司其职，通力合作，严格按照相关规范和标准进行管理，从源头上解决氨制冷企业在建设和安全管理方面的问题。
（2）明确划分企业安全生产主体责任，提升企业负责人、安全管理人员和特种操作人员的安全意识，落实安全生产责任，提升所有人员的安全素养，严格执行各项规章制度及操作规范。同时，根据国家制定的法律规范和行业标准，监督各企业提升自身管理谁，严厉查处冷库单位存在的安全生产违法行为。
（3）为保证管道焊接质量，促使焊缝结果达到规范工艺要求，对焊接所需的设备、操作步骤及人员分工等需要控制内容进行综合考量。焊缝及其热影响表面如果存在裂纹严重影响后期使用性能及寿命，同时，也为制冷系统运行带来潜藏风险。在进行管道焊接接头检验时， 预防其产生裂纹是重要举措。在对焊接接头质量进行检验过程中， 先行对其承压设备焊接工艺评定试验，发现焊缝表面存有极小缺口，给予针对性的补救。同时，焊接接头中如果出现孔穴也会改变焊接结构的承载能力，降低其结构强度。
结束语
总之，各个管道焊接接头进行焊接时存在严重的缺陷，几乎所有的检测样品中均存在一定程度的错边、空穴、固体杂物等问题。因此，要依据管道实际情况合理设计焊接工艺，进行焊接操作时要严格按照工艺要求，尽可能减少错边、固定夹杂物等缺陷，降低裂纹发生率。
参考文献
[1] 蒋红辉.氨制冷压力管道焊接接头质量检测及分析[J].压力容器，2014，12（5）：51-57.
[2] 李冬如.6mm不锈钢对接焊接接头超声检测探讨[J].石油和化工设备，2015，18（9）：66-68.
[3] 马志坚，陈广钊，靳晓波等.S32304材料焊接接头磁粉检测磁痕分析[J].广州化工，2015，31（22）：155-157.
[4] 张尉，夏民.超声波检测方法在点焊接头焊接质量检测中的应用[J].计量与测试技术，2015，13（5）：47-49.
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[6] 施建峰，郭伟灿，师俊等.聚乙烯及其复合管道安全检测与评价方法[J].化工学报，2013，64（2）：756-764.
[7] 陶雁飞.钢筋焊接接头影响因素的探讨及预防措施[J].城市建设理论研究（电子版），2014，41（34）：148-148.
[8] 魏振伟，刘昌奎，顾玉丽等.GH536镍基高温合金焊接接头力学性能与断裂特征研究[J].航空材料学报，2015，35（5）：70-74.