曾凡善，王朝，贾必玉，徐景林，杨万广

(海洋石油工程(青岛)有限公司，山东 青岛 266520)

0 引言

由于石油管道内流体根据标准分类不同，超高温流体工况、剧毒易泄漏流体工况、高压流体工况等多种复杂工况。因此作为承运该类流体的重要载体，石油管道的制造与安装质量方面要求严格不言而预。本文主要归纳总结了PMI设备(positive material identif ication)、铁素体设备应用在管道施工时，PMI设备、铁素体设备的具体应用和操作使用方面的注意事项，以及这两种设备在质量过程控制中的积极作用，并且在应用实践的基础上再深化一下措施建议。

1 PMI设备

PMI设备即通常也被称为便携式光谱合金元素分析仪，主要用于测定不锈钢等有色金属母材、焊材及焊缝填充金属的元素含量[1]，通过测定结果与标准范围内的元素含量进行对比可以判断其使用的材料是否正确。

1.1 准备工作

设备操作人员需经专门培训合格后方可使用该设备进行检测，因设备在测试或者使用过程中设备发射窗口会有辐射，所以在设备自动校准和运行过程中，一定不要将发射窗口对准自己或他人，保护自己和周围人员免受辐射伤害。

总装场地工作环境复杂，交叉作业多，在进行设备操作时一定要多注意周围环境，不具备安全状态工况的操作位置禁止进入，若需登高作业、受限空间内进行作业时，作业人员首先需经登高和受限空间安全培训完成。以受限空间作业为例，施工单位提前开通受限空间作业许可后才可以进入空间内部进行PMI测试，作业人员进入受限空间前在入口处登记，在进入受限空间时需随身携带对讲机和测氧测爆仪，并有专人在受限空间入口处进行监护，并在入口处悬挂“受限空间作业”标志。

在使用PMI设备前需要检查设备表面应完好，计量标签内校验日期应在有效期内，在将设备带入现场时应携带保护箱，设备放置在箱内。或者将设备放置在保护套内带入施工现场，严禁无保护带设备进入施工现场进行测试。因设备本身价值昂贵，属于精密设备，所以在平时携带和使用操作时一定注意对PMI设备的保护。

待检测试件应表面整洁，需要移除焊道表面有油污、铁屑、油漆等杂质，被测试件在进行测试前提前检查试件表面状态，试件表面不满足要求及时处理。有时焊接完成后的焊道放置时间过长，总装场地交叉作业多，焊道表面易被污染，PMI设备在测试的时候数据读取会不准确。如遇到这种情况，可以通过采用与焊道金属同规格同材质的砂轮片或者钢丝刷打磨处理焊道表面，处理完毕后再进行检测，焊道表面通过这种方式处理后会方便PMI测试结果的读取。另外，严禁使用PMI设备测试刚焊接完成的金属焊道或者焊接完成后还未完全冷却的焊道，设备发射窗口的塑料膜易被高温破坏。

1.2 操作流程

以我方使用的“尼通”PMI设备为例，设备操作流程为：首先按住大约3 s设备的开关键，需要松开按键的时机是听到嘀声后，这时设备进入了开机状态。按屏幕上任意位置继续操作前需进入登录界面，根据提示按“是”进入，输入开机密码，设备屏幕主菜单会成功进入。然后点击模式键在设备屏幕主菜单中，选择“合金”模式在模式菜单内。该PMI设备具有自身校准工能，在主菜单中点击“工具”键，进入工具菜单，点击“校准”键，即可以对探测器和触摸屏进行校准，设备每次开机使用前进行自动校准能保证测试结果的准确性。进入测试模式是主菜单中点击“测试”图标，把设备前端枪口紧贴需要测试的工件表面(一定注意不要将发射窗口距焊道凸起过近，发射窗口内的一层薄膜容易被顶起变形，变形后设备发射出的射线无法直接射入试件，继而影响设备数据分析读取)，在设备检测时紧贴工件表面还有接触传感器。按住扳机，设备测试开始的标志是听到嘀声后，稳定设备测试状态，数据显示完毕且不再跳动为理想状态。最后，测试完成后可以点击“数据”进入数据菜单查看数据也可以直接从屏幕读出各元素含量，如果要查看以往测试数据可以通过“数据查看”进行查看。

1.3 检验批次

根据项目规格书要求，到货的管段、管件和法兰按到货批次，316 SS管子、管件和法兰按100%比例检测，304 SS按10%比例检测，双相不锈钢管子、管件和法兰、焊道金属按100%比例检测；施工现场预制和安装阶段的焊道金属则根据管道内流体工况和管线等级和材质区分，如高压流体工况管道系统内包含的焊道全部100%需要PMI测试，剧烈循环流体工况管道系统内包含的焊道需要100%PMI测试，高温流体工况、剧毒腐蚀性流体工况管道系统包含的焊道需按10%～20%的比例进行抽检，常温流体工况管道系统内包含的焊道按10%进行抽检。

1.4 合格标准

表1为表格为母材金属。

项目中常用的材料像304 SS和异种钢焊道主要关注的元素为Cr、Ni等元素的含量范围，316 SS和双相钢焊道则需关注Cr、Ni、Mo等元素的含量范围。根据项目规格书要求母材金属的元素含量分布应符合表1中所列的各元素范围分布。根据标准规格书要求焊道金属元素含量分布可以在母材金属合格区间的±10%，异种钢焊道其元素含量分布与所使用的焊材元素含量分布相似。低于或者超出表格中的元素含量分布均视为该被测件不满足要求，若经过表面处理后仍不满足元素含量分布要求，则该试件或焊道应拒绝接收，按照不满足要求的产品统一走相关处理流程。

表1 一般不锈钢材料金属含量要求(ASME Ⅱ A篇)

1.5 不满足要求焊道和来料件处理

如果母材被测试件或焊道金属经PMI设备检验其元素分布满足项目标准规格书对于元素含量的要求，则需要在母材金属表面使用低氯笔和焊缝金属信息框内标记“PMI合格”，并记录数据屏幕显示的唯一数字代码，点击“数据”图标进入数据菜单或者点击“数据查看”图标，查看以前数据，将各元素含量分布按PMI项目规格书中提供的报告格式模版填入，并出具相应母材和焊缝金属的PMI测试报告。

若母材金属检测其元素含量不符合项目规格书要求，应调整检测部位重新进行检测，如再次检测结果仍不合格，则应将到货材料视为不合格来料，同时扩大抽检比例，直至检测比例达到100%。同时将检测出的不合来料做出不满足要求的产品标识，集中存放隔离，通知供货商处理，出具不合格报告。

如果焊道金属元素含量不满足项目规格书中规定的元素含量分布要求，则需要将同一焊道换个方位再重新检测，若仍不合格，可以尝试使用与焊道同材质同规格的砂轮片或钢丝刷进行处理，若焊道经设备检测后其焊道金属元素含量仍无法满足要求则应视为该焊道PMI测试不合格。经PMI测试后不合格的金属焊道需要切除，不锈钢金属焊道禁止使用火焰进行切割作业，可以使用等离子或切割片进行切割作业，切除后的管线端部重新进行打磨处理，重新打磨处理后的坡口和钝边应满足WPS要求。切割打磨后的坡口表面目视检测合格后，坡口表面还需作PT渗透检验，探伤人员检验合格并出具相关NDT报告。此时该焊道方可重新报验组对外观，外观检验合格后重新进行PMI测试。图纸中对应的焊口号升版为返修口，对应图纸版次也需升版。对焊接该道焊道的焊工追加两道口，若两道焊口中的一道出现返修，继续追加两道；若追加的两道口仍出现返修，则所有的追加焊口全部需要重新检测或返修；若第一次追加口全部合格，则只需返修最开始的第一道焊口，后续焊道返修检测全部合格，则相关检测完成。对焊接完成焊道经PMI检测不合格进行了返修的焊工扣除个人质量违章分数，情节严重者清除出施工场地，并将其列入场地黑名单。对现场施工方用错焊材的行为出具现场信息反馈单同时录入系统，追踪现场整改情况，现场整改符合要求我方确认无误后方可同时在系统中关闭反馈单，对施工班组进行质量宣贯并加强现场巡检。

2 铁素体设备

铁素体设备采用磁导原理，铁素体设备应用的主要目的是测定焊道和热影响区的铁素体含量。良好的塑性和韧性时铁素体的特征，所以合格范围内的铁素体含量表现时焊道具备良好的机械强度和抗蚀性能[2]。焊道金属的机械强度和抗蚀能力降低的原因是焊道内部铁素体含量过高，焊道高温断裂产生的原因是铁素体的含量过低。所以项目规格书要求对于奥氏体不锈钢焊道和双相钢焊道进行铁素体测试，对单面焊接的双相钢焊道还要对焊道根部进行测试。

2.1 准备工作

使用铁素体设备进行焊道检测作业的人员需要经过培训后才可以操作使用铁素体设备，操作设备的人员应当熟悉设备及其说明书以及项目规格书中对铁素体含量的要求；铁素体设备在使用前应校验合格在有效期内，设备配套试块表面完好无损坏，设备校准证书随箱携带方便检查；焊道表面应光滑平整无污染，易于探针读取数据，锈迹、氧化层、铁锈等表面附着物应使用与焊道金属同材质等级的砂轮片和锉刀去除，光滑平整的焊道表面状态需要保持。

2.2 操作流程

第一步进入开机界面需要设备本身与测试探头相连接之后按开机键开关，设备操作步骤根据屏幕提示即可，铁素体设备测试时有两种单位：FN和Fe%，这样在使用设备测试前需要确定好使用的单位并调整。需要按5下“确认”键，当“157”字样出现在屏幕上时，进行单位转换需要选择“159”，然后开始设置模式，通常现场检测使用FN为单位。其次，设备在随箱所带的三块试块上进行校准才可以使用，设备屏幕会提示在屏幕上点击“校准”操作以后，先进行基准试块的铁素体值测量，随后的三个试块的铁素体测量值需要与标准试块铁素体测量值对比，进行测试时将探针垂直与试块进行接触，直到读出稳定的读数。测量值要与标准试块测量值数据在误差允许范围，三个测试试块的铁素体含量测量依次进行。经过校准操作后检查测量数值与校准试块铁素体测量值无出入，若两者测量值对比超出标准允许范围要再进行校准。最后进行检验操作的设备必须是经校验合格的。

使用铁素体设备测量焊道时，保持探针与焊道呈90°接触，保持住不晃动，听到“叮”的轻微声响，数据读取完毕，设备读数显示测试数据。每个焊道需要测试5次，每相隔90°取一点读取数据，测量5次数据后取数据平均值。铁素体测量的平均值应满足项目规格书对于铁素体含量的要求，焊道金属5次测量的铁素体含量也均应满足项目规格书对铁素体含量的要求，超出合格范围的铁素体数据需要重新测量。

2.3 合格标准

奥氏体不锈钢铁素体含量范围焊道金属应为3FN-8FN，对于双相不锈钢母材铁素体范围应为40%～60%之间，焊道和热影响区为30%～60%之间。

2.4 不合格处理

对焊道经铁素体设备检测铁素体含量不满足项目规格书关于铁素体含量测试合格标准要求的焊道应当做好标记，记录汇总焊道信息并拒绝接收，同时联系设计、现场建造分析原因。

3 测试报告

对测试合格的母材和焊道应按项目规格书要求，根据项目报告格式做好PMI元素含量和铁素体含量测试数据的记录，按项目规格书要求出具相关报告经设备操作人员与业主方签字盖章并存档，作为项目完工文件留存。

4 结语

输送石油和天然气的主要运输载体石油化工管道，整个管道系统的质量直接关系到油气集输系统的运行畅通高效和持续使用寿命，因此管道的质量控制更是重中之重。本文归纳总结了现阶段我方在石油管道施工过程中两种检验设备的应用实践流程，提高了现场石油管道过程质量控制效率，降低了管道施工过程中的质量风险，让管道施工过程质量控制变得有章可循，为石油天然气管道施工过程中其他相似设备的使用提供借鉴。