發(fā)表期刊:《江漢石油科技》
摘 要：長期以來，由于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、惡劣的使用環(huán)境和損傷的不可修復(fù)性，鋼絲繩的使用和管理始終是各企業(yè)設(shè)備管理的難點，甚至是“盲點”。鋼絲繩也成為企業(yè)安全生產(chǎn)的重大隱患，多年來事故不斷。通過對不同行業(yè)鋼絲繩的使用和斷裂事故分析，淺述了鋼絲繩無損檢測的重要性和可行性，同時經(jīng)過對江漢油田鋼絲繩的使用和無損檢測情況的調(diào)研，描述了油田當(dāng)前的現(xiàn)狀，提請相關(guān)部門和單位的關(guān)注與重視。
關(guān)鍵詞： 鋼絲繩; 損傷;無損檢測
隨著工業(yè)迅速發(fā)展，鋼絲繩在各個領(lǐng)域大量地使用，因鋼絲繩的質(zhì)量問題和使用問題發(fā)生的事故甚至死人傷人的重大事故，給人民的生命及財產(chǎn)造成了很大的損失，每年在媒體上有較多的報道，石油石化系統(tǒng)也多有發(fā)生。因鋼絲繩發(fā)生的安全事故有較多的原因，其主要的原因是鋼絲繩在使用前后沒有進行專用的儀器檢測，只靠人工用目視檢查的方法，鋼絲繩絞線內(nèi)斷絲沒有儀器是檢查不出來的。所以本文對鋼絲繩無損檢測的重要性和可行性進行探討。
1 開展鋼絲繩檢測的必要性和重要性
鋼絲繩作為起重、運輸、提升及承載等重大裝備與重要設(shè)施中的主要組件，被廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、建筑、水利、旅游、港口碼頭、交通運輸、航空航天、石油鉆探、軍事工業(yè)等國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域。在礦井提升運輸設(shè)備中，鋼絲繩的使用十分普遍。
長期以來，由于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、惡劣的使用環(huán)境和損傷的不可修復(fù)性(不可逆損傷)，鋼絲繩的使用和管理始終是各企業(yè)設(shè)備管理的難點，甚至是“盲點” 。鋼絲繩也成為企業(yè)安全生產(chǎn)的重大隱患，多年來事故不斷。特別是煤礦企業(yè)，多次發(fā)生鋼絲繩斷繩事故，直接的經(jīng)濟損失和間接的經(jīng)濟損失巨大。從全國的情況來看，據(jù)《中國煤礦事故暨專家點評集》統(tǒng)計，從1949年到1995年，在全國發(fā)生的煤礦運輸提升事故中，總計死亡19871人，占煤礦死亡總?cè)藬?shù)的15.06%，僅次于瓦斯和頂板事故，是煤炭系統(tǒng)第三大災(zāi)難事故。在此期間國有重點煤礦共發(fā)生一次死亡3人以上的運輸提升事故9l起，死亡421人。其中鋼絲繩斷繩事故34起，占37.36%，死亡193人，占45.84%，鋼絲繩的安全使用也因此而備受關(guān)注。但是，與各系統(tǒng)多年來鋼絲繩事故頻發(fā)形成鮮明對比的是，鋼絲繩的使用與管理多年來始終在低水平、低層次上徘徊，造成各行業(yè)提升設(shè)備中鋼絲繩安全使用問題依然十分嚴(yán)重。
鋼絲繩業(yè)已成為事故頻發(fā)的重大危險源，鋼絲繩疲勞、斷絲、磨損、銹蝕等技術(shù)缺陷業(yè)已成為難測難防的重大隱患。鋼絲繩的應(yīng)用性研究表明：
(1)有鋼絲繩的設(shè)備運行，鋼絲繩損傷幾乎不可避免。 “正?！笔褂玫匿摻z繩仍然屢屢發(fā)生斷裂事故，就是因為積累的損傷使得鋼絲繩實際上并非想象中那樣安全。
(2)有鋼絲繩的設(shè)備運行，鋼絲繩強度已處在未知的低點——受載荷作用與環(huán)境影響，鋼絲繩的力學(xué)性能將在磨合期后持續(xù)退化，而最可怕是難以掌握退化已經(jīng)到了何種程度。
(3)有鋼絲繩的設(shè)備運行，鋼絲繩安全始終令人心懸一“線” ，即便無故障運行了100h，
也不能保證下一分鐘仍是安全可靠;即便看起來完好無缺，也不能保證運行絕對安全;即便完全采用新繩，也還是可能存在質(zhì)量缺陷導(dǎo)致的不安全?！ ∈聦嵄砻?，由于鋼絲繩自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、運行環(huán)境的多樣性以及檢測方法的局限性，大量在用鋼絲繩并無良好的安全保障，并連帶反映出“隱患、浪費、低效” 同時存在的三大矛盾，從此可看出，如何保障鋼絲繩安全可靠，如何用科學(xué)的方法檢測判斷鋼絲繩的缺陷，做到安全第一，正確檢測，科學(xué)評估，降低成本，無損檢測是首選的科學(xué)的鋼絲繩檢測方法。
2 鋼絲繩的安全狀況及案例
2.1 電梯行業(yè)
根據(jù)國家公布統(tǒng)計數(shù)據(jù)，電梯事故起數(shù)占特種設(shè)備安全事故總起數(shù)的7.5%至18.3%，2005和2006年處于八類特種設(shè)備事故起數(shù)的第二位，2007年上半年達到16.9%，接近歷史高點;每年電梯事故死亡人數(shù)占全部事故死亡人數(shù)的6%至13.1%，2005和2006年居于八類特種設(shè)備的第三至四位，2007年上半年共因電梯事故死亡19人，又創(chuàng)近年新高。
不言而喻，鋼絲繩安全對在用電梯的運行至關(guān)重要，日本近期的電梯危機事件就證實了這一點。2006年日本五大電梯公司發(fā)生了42起電梯鋼絲繩斷裂事故。如日本國土交通省因此決定對占到日本在用電梯近9成的52萬部電梯進行緊急檢查，并起動了將電梯鋼絲繩斷裂作為法律規(guī)定的“與重大事故密切關(guān)聯(lián)”事項、以及對其報告義務(wù)化的研判進程。
我國目前在用電梯保有量77萬部，并繼續(xù)以每年12萬部左右的速度快速增長。需要關(guān)注的是，大量電梯于上世紀(jì)九十年代和本世紀(jì)初投入運行，鋼絲繩的報廢更新是一個普遍而突出的問題。不加區(qū)別地全部更換無疑耗費巨大，有選擇地更新又該怎樣進行技術(shù)判別。與其它部位相對完善的檢測和監(jiān)視手段相比，鋼絲繩檢測及其安全性評估目前急需卻又薄弱。
電梯已經(jīng)成為人民生活不可或缺的代步工具，但電梯鋼絲繩安全卻十分令人堪憂：2002年10月24日，沈陽某高層住宅樓電梯鋼絲繩斷裂死亡3人，重傷1人;
2004年12月8 日，西安某展廳封頂儀式因升降機鋼絲繩斷裂死亡6人，傷l6人;
2006年11月26日，云南昆明的省委機關(guān)辦公樓電梯鋼絲繩斷裂死亡4人;
2007年5月30日，四川內(nèi)江市某公司電梯鋼絲繩斷裂死亡3人：
2.2 起重機械行業(yè)(包括房屋和市政起重機械)
城市工業(yè)建設(shè)離不開起重機械。2006年，我國在冊起重機械達到82.36萬臺，占全部特種設(shè)備的比重達到20.4%，是目前增速最快的設(shè)備類型;每年起重機械事故起數(shù)占所有特種設(shè)備安全事故總起數(shù)的22.1%至44.5%，是安全事故的高發(fā)區(qū)和重災(zāi)區(qū)，尤其在近年起重機械事故顯著增多，重大、特大事故有所抬頭。2006年因起重機械事故死亡人數(shù)竟然達到133人，占各類特種設(shè)備的39.8%。2007年上半年，我國起重機械部件失效導(dǎo)致事故共13起，占特種設(shè)備事故總數(shù)的35.14%，其中鋼絲繩突然斷裂事故竟達7起。國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局于6月份發(fā)布通報指出：2007年前5個月，起重機械事故連續(xù)多發(fā)，5月份1個月全國發(fā)生1O起，死亡16人，6月1日至5日又接連發(fā)生了6起起重機械事故，死亡7人。經(jīng)主管部門對2007年5月份一個月的事故進行初步分析，因設(shè)備質(zhì)量問題引發(fā)的事故占33.3%，其中起重機械鋼絲繩斷裂事故占全部設(shè)備質(zhì)量事故的40%。
起重機械是主要產(chǎn)業(yè)的“骨干”，但是由于鋼絲繩安全沒有得到有效控制，機毀人亡的慘痛教訓(xùn)竟然屢見不鮮：
2001年4月30日，哈爾濱某工程施工現(xiàn)場起重機鋼絲繩斷裂死亡4人，重傷1人，直接經(jīng)濟損失65萬元;
2004年6月5日，甘肅莊浪縣某公司起重機鋼絲繩斷裂死亡5人;
2005年4月26日，西藏日喀則區(qū)施工工地起重鋼絲繩斷裂死亡3人死亡，重傷1人;
2006年10月30日，廣州某體育館工地因高空鋼纜斷裂死亡4人;
2007年3月12日，湖北宜昌某施工工地因吊欄鋼絲繩斷裂死亡4人。
2.3 客運索道行業(yè)
我國客運索道目前仍是新興產(chǎn)業(yè)，截止2006年底共有在用架空索道與客運纜車、滑雪場地牽拖索等836條，為我國的山地客運、江河擺渡、景區(qū)旅游等事業(yè)發(fā)揮著重要的作用。
索道本身處于相對惡劣的運行環(huán)境之中，自然侵蝕情況嚴(yán)重，而我國客運索道目前已集體進入故障易發(fā)期和多發(fā)期，近年來陸續(xù)出現(xiàn)嚴(yán)重事故和典型事故征侯，一旦連鎖反應(yīng)，就將造成重大的生命財產(chǎn)損失。
客運索道已成為人們享受現(xiàn)代生活的重要載體，但是索道運行至今未能擺脫鋼絲繩事故隱患的巨大威脅。上世紀(jì)九十年代末期，我國四川渡口礦務(wù)局曾對其15年間貨運索道事故進行了統(tǒng)計分析，結(jié)果表明：鋼絲繩斷繩事故90次，占總事故的16%，造成的停運時間為734 h，占總停運時間的24%。
1976年3月9日，意大利北部塞爾米斯運動場索道因鋼絲繩斷裂死亡42人;
1990年6月1日，格魯吉亞第比利斯登山索道因牽引繩斷裂死亡20人，傷35人;
1999年7月1日，法國西部阿爾卑斯山天文臺索道鋼絲繩斷裂，20位天文學(xué)家不幸遇難;
2006年10月16日，我國廣西梧州市某自制纜車因鋼絲繩斷裂死亡5人。
1999年1O月3日，貴州馬嶺河客運索道繩斷廂落，造成了一次死亡14人，傷22人的國內(nèi)特大安全事故。
3 鋼絲繩運行技術(shù)難點淺析
3.1 鋼絲繩使用成本
因安全檢測不到位和無條件定期換繩而形成巨大浪費，美國統(tǒng)計表明：70%以上被強制更換的鋼絲繩很少或基本上沒有強度損耗。日本在另一項統(tǒng)計中表明：被強制更換的鋼絲繩中，一半以上的強度仍處于新繩強度的90%以上，還有不少超過100%，即處于磨合期。
鋼絲繩運行效率，因強制停機檢測和落后的人工檢測方式而被大大降低。
除了規(guī)定的產(chǎn)品安全性能監(jiān)督檢驗、安裝安全性能監(jiān)督檢測以及在用設(shè)備定期檢驗之外，為了保證安全，責(zé)任部門還必須對特種設(shè)備鋼絲繩專門進行日常停機檢測。因為鋼絲繩的用量巨大和低效率的檢測方法，只好犧牲正常的設(shè)備運轉(zhuǎn)時間，停機待產(chǎn)成為普遍現(xiàn)象，尤其是礦山、港口等重要行業(yè)，因此造成的產(chǎn)能瓶頸制約嚴(yán)重，減產(chǎn)減收數(shù)額可觀，隱患是萬惡之源，看不見的隱患比看得見的隱患更危險。
3.2 鋼絲繩安全隱患具有的三個方面的綜合特征
事后的樣本解剖、破斷試驗或者金相學(xué)分析等實驗室手段，均可有效發(fā)現(xiàn)斷裂鋼絲繩的具體缺陷，或者導(dǎo)致事故的真實原因。但真正要對安全隱患預(yù)測、預(yù)控和預(yù)防，則必須依靠科學(xué)可靠的無損檢測技術(shù)手段。
3.3 造成鋼絲繩斷裂的具體原因復(fù)雜多樣
日本電梯協(xié)會2oo6年42起電梯鋼絲繩斷裂的事故原因進行了調(diào)查：年久老化的為15起，異物混入的為7起，安裝時造成鋼絲繩損傷的為4起，生銹、異常磨損的各2起，原因不明的l2起。
3.4 疲勞是鋼絲繩最普遍和最危險的隱患
鋼絲繩內(nèi)外部的斷絲現(xiàn)象，絕大部分僅僅因為受到彎曲、拉伸、扭轉(zhuǎn)等純力學(xué)作用而產(chǎn)生。疲勞不僅會形成大量斷絲、斷股，甚至?xí)查g形成整繩斷裂，這已被國內(nèi)外技術(shù)專家所共識。疲勞在積累過程中很難被檢測，結(jié)果常常來不及被發(fā)現(xiàn)就釀成了斷繩事故。
3.5 從鋼絲繩內(nèi)部開始的斷絲斷股極易導(dǎo)致斷繩事故
2007年12月19日，作為湖北省某重點交通工程的在建荊岳長江公路大橋27號橋墩施工現(xiàn)場起重鋼纜斷裂，導(dǎo)致5人溺亡。事故調(diào)查表明，斷裂鋼纜由12股鋼筋組成，直徑19.5mm,承載能力20t,剛剛投入使用一個半月，施工例行檢查并未發(fā)現(xiàn)鋼纜出現(xiàn)異常情況。
江西漂塘鎢礦曾對更換下來的自用鋼絲繩進行解剖分析，總繩長250m,外觀檢驗具有13根表面斷絲，然而經(jīng)過解剖詳細檢查，內(nèi)部斷絲竟達到134處，一個捻距內(nèi)的斷絲最多達到11根。
綜上所述，我國鋼絲繩使用的安全現(xiàn)狀仍舊存在共性隱患，鋼絲繩監(jiān)管和檢測任道而重遠。關(guān)注設(shè)備安全，應(yīng)為能有效識別和定量分析鋼絲繩內(nèi)外部各種安全隱患的鋼絲繩無損檢測技術(shù)提供研究、開發(fā)、應(yīng)用和推廣的寬闊舞臺。
4 鋼絲繩的外觀缺陷圖片
(1)缺陷：外部磨損(見圖1)。處理：潤滑、觀察。
圖1 外部磨損
(2)缺陷：鋼絲擠出(見圖2)。處理：立即報廢。
圖2 鋼絲繩外部磨損
(3)缺陷：鋼絲擠出(見圖3)。處理：立即報廢。
圖3 鋼絲擠出
(4)缺陷：繩股凹陷、繩直、徑局部減少(見圖4)。處理：檢查或降低載荷。
圖4 繩股凹陷
(5)缺陷：繩股擠出/扭曲(見圖5)。處理：立即報廢。
圖5 繩股擠出/扭曲
(6)缺陷：局部壓扁(見圖6)。處理：立即報廢。
圖6 局部壓扁
(7)缺陷：鋼絲扭結(jié)(逆向)見圖7。處理：立即報廢。
圖7 鋼絲扭結(jié)
5 江漢油田目前鋼絲繩的使用范圍和起重設(shè)備數(shù)量
5.1 江漢油田目前鋼絲繩的使用范圍
主要在鉆井、井下、運輸、四機廠、鋼管廠、鹽化工、油建等生產(chǎn)單位。供應(yīng)處自用量很小但年采購量大，建筑公司使用的鋼絲繩由下屬的外承包單位管理。
5.2 江漢油田2011年鋼絲繩用量
在供應(yīng)處調(diào)研時，供應(yīng)處采購部門提供了數(shù)據(jù)，2011年供應(yīng)處采購的鋼絲繩1800t。其中鉆井用38mm的468t，井下35mm的102t，鋼絲繩生產(chǎn)廠家為咸陽鋼絲繩廠。
主要單位的起重設(shè)備數(shù)量(粗略統(tǒng)計)見表1。
5.3 江漢油田目前鋼絲繩和吊鉤的檢測情況
江漢油田目前鋼絲繩和吊鉤的檢測情況大致分為特種設(shè)備用和非特種設(shè)備用鋼絲繩特種設(shè)備用鋼絲繩和非特種設(shè)備上的鋼絲繩兩大類。
5.3.1 特種設(shè)備用鋼絲繩
特種設(shè)備上用的鋼絲繩，如桁吊、汽車吊、電梯所用的鋼絲繩由局特檢站，電梯由荊州和潛江兩家單位負責(zé)檢查，并出具了相應(yīng)的檢測報告。檢查周期：汽車吊1年，桁吊2年;檢查方法：外觀檢查、測量鋼絲繩直徑、儀器檢查;
儀器檢查：使用儀器檢查，檢查比例大約30%.據(jù)查，檢驗報告上使用儀器除有游標(biāo)卡尺外，少量報告出現(xiàn)過;鋼絲繩檢測儀型號：KST-2(GS一2)，該儀器由局特檢站2001年購置，其生產(chǎn)廠家為鞍山市安全報警器材有限公司;
屬于特種設(shè)備上的吊鉤，由局特檢站負責(zé)檢查。非特種設(shè)備上的吊鉤由各單位自檢。
5.3.2 非特種設(shè)備上的鋼絲繩和吊鉤
非特種設(shè)備上的鋼絲繩和吊鉤，均未使用儀器進行檢查。由各單位自檢自查，并有相應(yīng)的規(guī)章制度。如井下作業(yè)所用的鋼絲繩一般情況下，使用一個月就報廢。鉆井一公司在井臺上所用的鋼絲繩，每打10口井鋼絲繩就報廢，供應(yīng)處制定了專門的吊索具使用安全管理規(guī)定，還制作了PPT幻燈供管理人員學(xué)習(xí)。
5.4 有關(guān)鋼絲繩和吊鉤使用檢驗的法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)
(見表2)
5.5 存在的問題
5.5.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)落后，未及時更新，作廢的標(biāo)準(zhǔn)仍在使用
在調(diào)研中了解到，部分單位對鋼絲繩和吊鉤的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)了解不多，有的甚至在使用已作廢的標(biāo)準(zhǔn)。如《GB/F 5972—2009起重機鋼絲繩保養(yǎng)、維護、安裝、檢驗和報廢》于2009年12月15日發(fā)布，2010年7月1日實施，但我們看到的是有些單位仍在使用《GB 5972—86》標(biāo)準(zhǔn)，這兩個標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求相差太大了。又如強制性國標(biāo)《GB 6067—2010起重機械安全規(guī)程》，已取代了《GB 6067—85起重機械安全規(guī)程》。再者如對以下標(biāo)準(zhǔn)了解的人也不多。
《GB/T 8918—2006重要用途鋼絲繩》
《GB/T 201 18—2006一般用途鋼絲繩》
《GB/T 10051—2010起重吊鉤》
《SY/T 6666—2006石油天然氣工業(yè)用鋼絲繩的選用和維護的推薦作法》
《SY/T 5170-2008石油天然氣工業(yè)用鋼絲繩》
《JB/T 10559—2006起重機械無損檢測鋼焊縫超聲檢測》
《GB/T 21837—2008鐵磁性鋼絲繩電磁檢測方法》
5.5.2 檢測方法落后，范圍和數(shù)量有限
特種設(shè)備上用的鋼絲繩，使用儀器檢測的充其量占30%;非特種設(shè)備上用的鋼絲繩，尚未使用儀器檢測，如鉆井和井下由各單位自檢，按規(guī)定的使用時間和使用頻次報廢，完全缺乏科學(xué)的依據(jù)。局內(nèi)檢查基本上局限于外觀，檢測方法多為目視觀察。
5.5.3 江漢油田大量的吊索具未進行無損檢測
江漢油田大量的吊、索具在規(guī)定的使用時問內(nèi)，雖然進行了外觀檢查，對保障安全起到了一定的作用，但欠科學(xué)性。一是未做到物盡其用，加大了成本。二是存在安全隱患，鋼絲繩內(nèi)斷絲和吊鉤細小的裂紋，必須用無損檢測才能查得出來的。
6 鋼絲繩無損檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
整整一個世紀(jì)以來，世界各國科技工作者一直在探索檢測鋼絲繩的各種方法，努力使鋼絲繩既延長壽命，又要確保在發(fā)生斷裂之前被及時地更換下來。國內(nèi)外已有的鋼絲繩無損檢測方法包括了磁或電磁檢測法、超聲波檢測法、聲發(fā)射檢測法、電渦流檢測法、射線檢測法、光學(xué)檢測法等。直到近年，除電磁檢測技術(shù)之外，其余無損檢測技術(shù)依然限于實驗室研究。
1986年至1996年期間，以加拿大礦業(yè)能源技術(shù)中心為主的研究小組實施了一個鋼絲繩缺陷電磁檢測技術(shù)的十年研究計劃，通過強磁勵磁技術(shù)條件下的電磁檢測探頭，實現(xiàn)了對鋼絲繩顯著缺陷的定性及半定量檢測，并通過對鋼絲繩斷繩事故的深層原因連續(xù)深入分析以及對檢測儀器的機理研究，定義了目前普遍采用的鋼絲繩性能檢測指標(biāo)：LF(即鋼絲繩局部缺陷)和LMA(即鋼絲繩金屬截面積損失)。以此為原型的檢測儀器近年在國內(nèi)外一些技術(shù)服務(wù)機構(gòu)和工業(yè)現(xiàn)場得到了部分推廣和應(yīng)用。
為了確保鋼絲繩安全、可靠、高效運行，迫切需要一種能夠?qū)︿摻z繩各種損傷實施定量定性無損檢測的高精確度和高適用性技術(shù)設(shè)備。TCK弱磁檢測技術(shù)，是由TCK科技人員成功發(fā)現(xiàn)空間磁場態(tài)勢的運動變化規(guī)律，在鐵磁性物質(zhì)無損探傷領(lǐng)域建樹的重大創(chuàng)新成果。TCK弱磁檢測技術(shù)的誕生，經(jīng)歷了近20年的苦心研究，一舉攻克了傳統(tǒng)檢測方法無法解決的百年技術(shù)難題，成為中國創(chuàng)造的國際領(lǐng)先技術(shù)，由TCK鋼絲繩檢測技術(shù)有限公司擁有全部知識產(chǎn)權(quán)，并已形成目前世界上唯一能夠準(zhǔn)確評估被測鋼絲繩剩余承載能力和使用壽命的無損檢測設(shè)備。
7 結(jié)語
(1)鋼絲繩無損檢測的目的是確保鋼絲繩的安全使用，以及在安全使用的前提下盡量減少因過早報廢而產(chǎn)生的浪費，具有重要的經(jīng)濟價值。
(2)多年的研究和實踐使鋼絲繩無損檢測技術(shù)取得了較大發(fā)展，檢測精度和檢測設(shè)備的靈敏度及可靠性大大提高，探傷理論的研究也取得了卓有成效的進展，然而這一現(xiàn)狀和鋼絲繩無損檢測的最終目標(biāo)距離尚遠。
(3)鋼絲繩缺陷的定性檢測已經(jīng)比較可靠，但因鋼絲繩損傷的多樣性、復(fù)雜性和外界干擾的影響，要定量地確定檢測信號和鋼絲繩損傷之間的關(guān)系仍然很困難。
(4)目前鋼絲繩無損檢測已具備了相應(yīng)的法律法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)鋼絲繩檢測儀器已經(jīng)到了3、4代機，技術(shù)水平在不斷提高，實施鋼絲繩無損檢測的時機已成熟。
(編輯 胡素梅)