焊管制造企业的实验室建设探讨

2021-09-26曾庆兴梁才萌李家兵张荣胜曾维劲

焊管 2021年9期

徐亮，曾庆兴，梁才萌，李家兵，张荣胜，曾维劲

（帕博检测技术服务有限公司，广东珠海 519050）

1958年，我国第一条螺旋缝埋弧焊管生产线在原宝鸡石油钢管厂建成投产，产品规格为Φ245 mm～Φ720 mm，年产量4～7万t，该机组的建成投产标志着我国螺旋埋弧焊管的历史从此开始。1998年，番禺珠江钢管有限公司引进了国内第一条大直径直缝埋弧焊管生产线，次年生产出我国第一批大直径直缝埋弧焊管[1]。随着油气市场的回暖以及钢管价格的回升，国内焊管生产制造企业又迎来了新的发展时期。长输油气输送管线作为国民经济发展的大动脉，其运行的安全性十分重要，因此焊管的生产质量必须得到根本的保障。笔者根据在焊管制造企业多年的实验室建设运行经验，从实验室的质量管理体系建设、技术能力建设等方面探讨了焊管制造企业的实验室建设问题，并对实验室建设提出了建议，以期对焊管制造企业提供参考。

1 实验室在焊管制造企业中的作用

随着焊管制造向大直径、高压、厚壁化以及耐高寒和腐蚀服役环境发展，对管线钢及焊管的化学成分、强度、韧性、抗断裂特性和耐腐蚀性能有了更苛刻的要求。焊管制造企业实验室是焊管生产制造、出厂供货的一道安全屏障，肩负着焊管原材料进厂复验、生产过程工艺控制检验、焊管成品检验的重大工作职责，能够为企业进行新产品、新工艺技术开发提供强大的技术支撑。同时实验室更是企业的一张名片，在企业各项质量体系认证、客户评审中也起到非常关键的作用。

2 实验室质量管理体系建设

实验室的主要工作是出具具有科学性、准确性、公正性的检测数据或检测结果，进而形成检验报告。实验室出具数据的可信度是实验室能够生存的基本条件之一[2]。因此，质量管理体系建设是实验室建设的首要任务，只有建立先进、科学、规范的质量管理体系，检测质量才能得到保证。

2.1 质量管理体系的定义及其必要性

质量管理体系定义包括四个方面：①组织识别其目标以及确定实现预期结果所需过程和资源的活动；②为相关方提供有价值且实现结果所需的相互作用的过程和资源；③能够使最高管理者通过考虑其决策的长期和短期后果而充分利用资源；④给出了识别在提供产品和服务方面处理预期和非预期后果所采取措施的方法[3]。对于实验室而言，质量管理体系就是为了使检测报告满足客户的质量要求，把实验室的组织机构、工作程序、职责、质量活动过程和各类资源、信息等整体优化，形成协调的有机整体。实验室质量管理体系是实验室运行的核心，离开质量管理体系，检测结果的科学性、准确性和公正性就难以保障。

自从我国加入世界贸易组织后，经济发展的国际化就迫切要求企业与国际接轨。通常情况下，在焊管制造企业的出口订单中，国外客户要求焊管相关的理化性能数据要由取得CNAS认可资质的实验室出具。对于焊管制造企业来说，如果企业不具备条件，生产工艺评定试验和按炉批抽检的常规试验均需委托外部具有CNAS资质的第三方检测机构完成，这样既要承担昂贵的检测费用，同时也难以满足生产交货进度的要求。因此，焊管企业的实验室就必须独立取得中国合格评定国家认可委员会颁发的CNAS认可证书。

CNAS的认可准则是ISO/IEC17025：2017《检测和校准实验室能力的通用要求》。CNAS认可的目的，一方面是为了规范实验室的运行以提供准确、可靠的数据结果；另一方面就是减少各国之间的贸易壁垒，达到一种产品、一次检测、一份检测报告全球通用的目的。ISO/IEC17025文件从通用要求、结构要求、资源要求、过程要求、管理体系要求五个方面对实验室质量管理体系的运行进行规范，以此保证实验室的检测结果准确、可靠并持续不断地改进实验室的检测质量，提高实验室的检测技术能力。目前，CNAS实验室认可是实验室的自愿行为，并非强制要求，但从实验室运行管理的科学性、规范性方面考虑，即使焊管制造企业的国外订单较少甚至暂时没有，也应该按照CNAS认可准则要求建立实验室质量管理体系，并主动申请CNAS认可，这是发展趋势。

2.2 质量管理体系的构成

实验室的质量管理体系构成如图1所示，主要由四个层次的文件组成，分别是质量手册、程序文件、作业指导书、质量和技术记录表格。

图1 实验室质量管理体系文件构成

《质量手册》是核心，是质量管理体系的纲领性文件，负责制定实验室管理的质量方针和质量目标，对实验室的通用要求、结构要求、资源要求、过程要求、管理要求五个方面进行规范性概述；《程序文件》是对《质量手册》各项要求的细化规范，具体化，使其具有可操作性；《作业指导书》是对各项检测技术的指导性文件，是技术能力实施性文件；《质量和技术记录表格》是实验室质量管理体系的资料性文件，起到底层支撑的作用，是实验室各项管理活动和技术活动得到贯彻执行、规范运行的证据性文件。

总的来说，实验室质量管理体系主要包括三种活动，即质量管理工作、技术运作和支持服务。质量管理工作是指领导和控制与实验室活动质量有关的各种活动，是各级管理人员进行的活动；技术运作是指从识别检测需求为过程开始，利用资源（人力、物力、财力和信息）作为过程的输入，将过程输入转化为一系列的实验室活动输出（即检测数据），最后生成结果报告；支持服务是指消耗性材料采购、设备维修保养、样品接收与处置、文件资料清理与保管、仪器设备的周期送检等。以上三种活动中，技术运作是实验室工作的主干线；支持服务工作为技术工作做好资源准备；质量管理工作主要起着策划、组织、协调、控制、持续改进的作用，为实验室工作提供指引和保证。

此外，特别值得注意的是ISO/IEC17025：2017《检测和校准实验室能力的通用要求》相对于ISO/IEC17025：2005版本引入了ISO 9001:2015中基于风险的思维，要求实验室策划并采取措施应对风险和机遇，所以在实验室质量管理体系建设中要制定相应的应对风险和机遇的条款措施，加强实验室的风险管理意识。

3 技术能力建设

焊管制造企业的实验室技术能力建设要服务于焊管生产检验的需要，也要服务于新产品、新工艺研发的需要，其建设需具有科学性、合理性和可持续性。笔者将实验室的技术能力按常规检测技术能力和特殊检测技术能力进行分类，常规检测技术能力就是在焊管生产制造检测或研发过程中经常用到的检测能力，一般都有国际标准或国家标准；特殊检测技术能力是指某些管道工程项目要求的特殊检测技术能力，除国际或国家标准外，客户的生产工艺文件中还有相关的技术要求。

3.1 常规检测技术能力

笔者梳理了近十几年来焊管制造企业生产订单的理化性能检测要求，将实验室的常规检测技术能力进行了汇总，具体内容见表1。

表1 焊管制造企业实验室常规检测技术能力

3.2 特殊检测技术能力

焊管制造企业在某些生产订单中会有一些特殊的检测要求。例如国内某焊管制造企业在生产中海油平黄二期双金属复合管项目时，要求对成品钢管进行四点弯曲试验，即在弯曲达到一定的挠度后，循环弯曲30次，要求钢管内表面无明显可见皱褶，此试验目的在于避免海底管道敷设过程中，复合管经受弯曲后出现基管和不锈钢管脱离的情况，影响钢管后续的使用性能。这种试验要求大型的专用四点弯曲检测设备，市场上没有对应的检测设备出售，对焊管制造企业的检验能力是一种考验。此外，在中东至印度洋3 500 m MEIDP项目深海厚壁管线试制过程中，要求进行50 mm高度全管环的压溃试验，用于检验钢管在3 500 m水深环境下的抗压溃能力[4]。该试验要求采用高速钻小孔法检测钢板、钢管（J成型阶段、C成型阶段、扩径前、扩径后）及焊接热影响区的残余应力[5]。另外，在生产某出口伊朗焊管订单时，要求对钢管对接环焊缝进行抗酸腐蚀完整环型椭圆变形法试验，这是一种大型的抗酸腐蚀试验，技术要求较高。

以上只是列举了一些常用的特殊检测要求。可以预见，随着管道工程的不断发展，服役环境的不断变化，焊管的检测也将趋于多样化、复杂化，这对于焊管制造企业的实验室建设是一种机遇，也是一种挑战。

3.3 人才队伍建设

加强技术能力建设，首先就是要加强人才队伍建设。高素质的人才队伍，对检测质量的提高、实验室技术能力的建设起着至关重要的作用。目前，焊管制造企业，尤其是民营企业，实验室人员素质参差不齐，专业不对口、学历偏低、人员流动性较大的现象普遍存在，因此，实验室需要通过建立和完善招聘机制、培训机制和激励机制，制定相应的政策措施，努力建设一支规模适度、素质优良、结构合理、相对稳定的人才队伍，这样既有利于实验室检测工作的高效开展，又有利于实验室的可持续发展。

3.4 仪器设备投入

仪器设备是实验室检测工作中的基础，焊管制造企业实验室应配备正确检测所要求的所有测量和检测设备，并规范仪器设备使用、维护、校准、维修等日常工作。同时，用于检测的设备及其软件应达到要求的准确度，并符合检测相应的规范要求。完善实验室设备配置应从以下方面着手实施：①用数字化显示仪器设备代替人眼目视读数的仪器设备，减少人为因素带来的检测误差，例如用数字显示夏比冲击试验机替代表盘指针读数式夏比冲击试验机，用落锤撕裂断口分析仪代替人工计算断口剪切面积率，使用数显式游标卡尺、千分尺测量试样参数等；②用更加安全的仪器设备替代对人体可能产生毒害作用的仪器设备，保护实验人员的健康安全，例如在检测熔敷金属扩散氢含量时，用气相色谱法试验设备替代水银试验设备；③用准确度等级更高、仪器稳定性和可靠性更好、自动化程度更高的设备替代准确度等级低、稳定性差、陈旧的仪器设备，例如，国外某厂家生产的拉伸试验机准确度等级高、稳定性好，完全满足采用应变速率控制试验过程的方法要求，并且这类拉伸试验设备国内各钢厂应用也较多，实验室配备这种设备也便于焊管制造厂与钢厂在出现强度质量异议时进行比对，有利于解决质量异议。另外，对于某些订单的特殊检测能力要求，在市场上没有相关检测设备出售的情况下，可以考虑以实验室为主体，与焊管制造企业内部设备研发部门、科研院所等合作，开发满足试验技术要求的试验设备。

3.5 环境设施的改善

良好的环境是一流实验室建设的必要条件，更是保障实验人员健康、实验室安全及实验室正常有序运行的客观要求[6]。用于检测的实验室环境和设施，包括但不限于能源、照明和环境条件，应有利于检测的正确实施，并且应确保其环境条件不会使试验结果无效，或对所要求的测量质量产生不良影响。相关规范、方法和程序有一定要求，或对结果的质量有影响时，实验室应监测、控制和记录环境条件[7]。对诸如灰尘、电磁干扰、辐射、湿度、供电、温度、声级和振级等应予重视，使其适应相关的技术活动。

实验室的布局对实验室工作的开展有着非常重要的影响。实验室应远离焊管制造车间，以免受到生产线所产生的振动和噪声的干扰。实验室的检测技术项目种类繁多，应采取措施将不相容检测活动区域进行有效隔离，以防止交叉污染。实验室应有足够的物理空间避免各检测项目之间相互干扰。一般来说，拉伸、冲击、弯曲试验项目可以布局在一起；金相、硬度、直读光谱、化学湿法分析项目等均应远离振动，并防止交叉污染；硫化氢腐蚀实验室应建设在下风口，且周围50 m范围无人员经常活动；落锤撕裂实验室在场地允许的条件下应单独建设，场地不够时可以考虑在试验设备周边开挖建设防震隔离带。

4 建议

4.1 重视检验数据的汇总分析

首先，对于仪器设备使用的性能状态进行动态监测。通过对直读光谱仪、拉伸试验机、硬度计等关键仪器设备的检测数据进行汇总分析，可以判断出仪器运行状态是否稳定，这种汇总分析一般以1个月为周期。其次，以某订单规格、材质、生产工艺为对象进行理化检测数据汇总分析，可以为钢板原材料采购、生产工艺控制提供改进参考，更好地保障产品质量。

4.2 重视安全管理

焊管制造企业实验室应牢固树立“安全第一、预防为主、综合治理”的原则，做好安全管理工作。实验室配置了夏比冲击试验机、落锤冲击试验机、抗硫化氢腐蚀试验设备、水压爆破试验机等危险系数较高的检测设备。比如，夏比冲击试验机摆锤很容易撞伤人手；大型落锤冲击试验机震动大，噪音大，而且气动送样小车很容易撞伤人；H2S气体属于剧毒气体，0.04%以上的浓度就可致人死亡；水压爆破实验室要按照标准要求采取防护措施建立防护墙或在地下室实施试验，防止钢管爆破瞬间伤人。此外，金相分析用到的强酸也要做好管理，同时试验过程中应做好防护。

4.3 重视监造工作

为了保证焊管生产质量，基本上每个客户在焊管订单的生产过程中都会委托第三方产品认证机构进行生产过程监造，例如法国船级社（BV）、中国船级社（CCS）、英国劳氏船级社、挪威船级社（DNV）、美国船级社（ABS）等。对理化试验进行现场见证是监造的一项重要内容，这就要求实验室与监造人员建立良好的沟通机制，在检测技术文件、检测见证时间安排等方面沟通协调，保障产品的检测结果数据能及时出具，满足技术条件、生产进度要求。

4.4 重视实行实验室“6S”管理

“6S”管理即 “整理、整顿、清扫、清洁、素养、安全”，通过对人、事、物的精细管理，规范现场、现物，营造一种舒适、一目了然的工作环境，培养员工良好的工作习惯，最终提升人的品质，提高企业的现场管理水平[6]。实验室是焊管制造企业的一部分，通过推动“6S”管理，提升实验室人员行动品质，改善作业方法、流程，规范物品管理对于实验室检测活动的开展实施大有裨益。

4.5 重视持续改进

除CNAS实验室质量管理体系外，在焊管制造行业，有较多的质量认证，例如ISO 9001质量体系认证、API认证、英国劳氏船级社认证、法国船级社认证等。还有某些业主方的认证，例如荷兰皇家壳牌认证、阿曼石油公司认证等。这些认证工作开展的同时，都会对实验室进行评审。评审对于实验室的质量管理体系和技术能力提升都能起到促进作用，作为实验室的管理者应该重视这些评审，使实验室的管理体系和技术能力得到持续改进。