曹國飛　姜永濤　藺軍偉

西氣東輸管道公司

 

隨著國內(nèi)高鋼級大口徑輸氣管道的大規(guī)模建設(shè)，因現(xiàn)場焊接難度增大、缺陷漏檢率增高，在試壓和投產(chǎn)運(yùn)行初期已發(fā)生了多起環(huán)焊縫開裂和泄漏事故，其中大部分由焊接缺陷造成。目前，國內(nèi)環(huán)焊縫焊接質(zhì)量控制水平與國外尚存在一定差距，且國內(nèi)管道工程建設(shè)以半自動(dòng)焊和手工電弧焊等方法為主，受環(huán)境、人員素質(zhì)等因素影響，環(huán)焊縫缺陷可能較多。同時(shí)，由于管道組對的應(yīng)力、地理?xiàng)l件下自然沉降等附加載荷不可避免，環(huán)焊縫事故較為頻繁。環(huán)焊縫缺陷能否及時(shí)檢出、綜合評估是否合適及處置措施是否恰當(dāng)，已成為影響管道安全運(yùn)行的重要因素。

1 基本情況

受漏磁檢測技術(shù)的限制，輸氣管道漏磁檢測報(bào)告的環(huán)焊縫異常缺陷都是非定性定量的判斷。雖然能夠報(bào)告出環(huán)焊縫異常的時(shí)鐘方位和環(huán)向長度，但不能指出是何種類型的缺陷，所給出的長度也不代表缺陷的尺寸，僅代表所給出的范圍內(nèi)可能存在有某種類型的缺陷，至于缺陷的類型、尺寸及嚴(yán)重程度，則需現(xiàn)場開挖管道后通過合適的無損檢測和評價(jià)技術(shù)予以確認(rèn)。鑒于內(nèi)檢測發(fā)現(xiàn)的環(huán)焊縫缺陷數(shù)量眾多，西氣東輸管道公司要求內(nèi)檢測單位進(jìn)行初步篩選、劃分，以方便管道企業(yè)有重點(diǎn)、有先后、有步驟地開展開挖檢測，然后視情況安排進(jìn)一步檢測、評估和修復(fù)工作。

某輸氣管道管徑660 mm，系保障華中地區(qū)供氣安全的重要聯(lián)絡(luò)線，于2011年投產(chǎn)。為摸清管道本體缺陷情況，按照法規(guī)和國家標(biāo)準(zhǔn)要求，西氣東輸管道公司委托專業(yè)管道內(nèi)檢測單位于2013~2014年完成了漏磁管道內(nèi)檢測，本次內(nèi)檢測共計(jì)發(fā)現(xiàn)環(huán)焊縫異常5 559處，劃分類別見表1。

按照環(huán)焊縫缺陷嚴(yán)重程度分類，西氣東輸管道公司優(yōu)先選取重度和中度環(huán)焊縫缺陷分批、分期組織開展了開挖檢測，經(jīng)射線、超聲、磁粉等無損檢測發(fā)現(xiàn)了諸多不合格缺陷，并開展了適用性評價(jià)。按照設(shè)計(jì)原則，同時(shí)考慮管道投產(chǎn)前已經(jīng)過打壓試驗(yàn)，認(rèn)為在設(shè)計(jì)壓力下平穩(wěn)運(yùn)行不至于導(dǎo)致環(huán)焊縫缺陷擴(kuò)展。本文將對兩個(gè)實(shí)例進(jìn)行分析。

2 環(huán)焊縫缺陷實(shí)例分析與處置

2.1無損檢測不合格+滑坡

2.1.1缺陷及評價(jià)

在開挖抽查檢測中發(fā)現(xiàn)，在某輸氣站進(jìn)站前400米山坡上的一道環(huán)焊縫異常外觀檢查和磁粉檢測合格，但射線檢測評定為Ⅳ級，超聲檢測為Ⅲ級，發(fā)現(xiàn)根部未熔合和咬邊缺陷。按照《石油天然氣鋼質(zhì)管道無損檢測》（SY/T 4109-2013）和《鋼質(zhì)管道焊接及驗(yàn)收》（SY/T4103-2006）的分級標(biāo)準(zhǔn)，此環(huán)焊縫射線檢測和超聲檢測均不合格。此處管道公稱壁厚為13.7mm，實(shí)測平均壁厚為13.45mm，未見明顯減薄。詳細(xì)檢測數(shù)據(jù)見表2。

為評價(jià)缺陷嚴(yán)重程度，依據(jù)API579-2007《服役適用性評價(jià)》進(jìn)行了安全評價(jià)，保守起見，將未熔合缺陷等效為裂紋型缺陷進(jìn)行評價(jià)，將缺陷信息規(guī)則化如表3。

 

參考現(xiàn)有的管材技術(shù)條件和運(yùn)行工況，其中夏比沖擊功參考Q/SY XQ4-2003《西氣東輸管道工程焊接施工及驗(yàn)收規(guī)范》，取平均值76J，評價(jià)參數(shù)詳見表4。

X70管線鋼的評估曲線方程如下式：

  其中：Kr= KΙ/K mat 為韌性比；KΙ 為應(yīng)力強(qiáng)度因子；K mat 為材料的斷裂韌性；Lr=σref /σy 為載荷比；σref 為參比應(yīng)力；σy 為管材最小要求屈服強(qiáng)度；L r max 為評估曲線的截止線， ；σu 為材料的抗拉強(qiáng)度。

按照前述參數(shù)，在10MPa設(shè)計(jì)壓力下，評價(jià)結(jié)果顯示，缺陷1距臨界線較遠(yuǎn)，缺陷可接受，如圖1所示。

圖1  環(huán)焊縫缺陷1評價(jià)圖（10MPa內(nèi)壓）

進(jìn)一步計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)缺陷長度達(dá)到150mm、深度達(dá)到6mm時(shí)，該缺陷不可接受，如圖2所示。

 

圖2  環(huán)焊縫缺陷1安全評定圖（假設(shè)缺陷長度150mm、深度6mm）

2.1.2外部環(huán)境

該處缺陷處于2米長彎頭與直管段連接的環(huán)焊縫上（詳見圖3），位于輸氣站進(jìn)站前400米的山坡上。輸氣站系削坡整平而建，且山坡周邊有其他建筑同期削坡建設(shè)。因坡腳已削平，在夏季豐雨期山體吸水失穩(wěn)，在管道附近發(fā)現(xiàn)多道裂紋，且導(dǎo)致站圍墻邊混凝土排水溝出現(xiàn)扭曲位移、開裂。

發(fā)現(xiàn)山體裂紋后，為監(jiān)測管道受外部應(yīng)力的變化，在位置示意圖中黃色圓點(diǎn)位置設(shè)置了應(yīng)力監(jiān)測裝置，并清除了部分表層土方，應(yīng)急加設(shè)了防水和穩(wěn)固土體的措施。

 

圖3 環(huán)焊縫缺陷位置示意圖

2.1.3處置措施

鑒于應(yīng)力監(jiān)測裝置系山體滑坡裂紋發(fā)現(xiàn)后增設(shè)，管道原始應(yīng)力情況不明，判斷監(jiān)測裝置增設(shè)前管道可能已承受較大外部應(yīng)力。分析現(xiàn)有應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，管道受力變化率較大，但絕對值不高。因坡腳處于無支撐狀態(tài)，且該地區(qū)雨水較多，可以判斷山體滑坡處于發(fā)育中，管道受力可能持續(xù)增大。

根據(jù)研究，根部未熔合焊接缺陷造成管道失效所占比例很大，考慮此處環(huán)焊縫缺陷正是根部未熔合且外部山體滑坡處于發(fā)育的情況，對此處環(huán)焊縫缺陷應(yīng)采取消除滑動(dòng)坡體、開挖釋放管體應(yīng)力、防水和坡體錨固等外部環(huán)境處置措施，并采取換管措施徹底消除此處安全隱患。

2. 2無損檢測不合格

2.2.1缺陷及評價(jià)

在開挖抽查檢測中另發(fā)現(xiàn)一處位于非高后果區(qū)管段的環(huán)焊縫缺陷，超聲檢測評價(jià)為Ⅳ級，射線檢測評價(jià)為Ⅰ級，磁粉檢測評價(jià)和外觀檢查合格。按照分級標(biāo)準(zhǔn)，此環(huán)焊縫超聲檢測不合格。此處管道公稱壁厚為11.4mm，實(shí)測平均壁厚為11.19 mm，未見明顯減薄。詳細(xì)檢測數(shù)據(jù)見表5。

對此處缺陷同樣進(jìn)行了安全評價(jià)，考慮到30℃的溫差，同時(shí)無錯(cuò)邊、斜接、彈性敷設(shè)等引起的軸向彎曲載荷，認(rèn)為在10MPa設(shè)計(jì)壓力下，缺陷可接受，不影響管道正常服役,如圖4所示。

 

圖4  環(huán)焊縫缺陷2評價(jià)圖（10MPa內(nèi)壓）

2.2.2外部環(huán)境

經(jīng)核實(shí)，此環(huán)焊縫前后均為直管段，管道順坡敷設(shè)，從圖5可以看到，現(xiàn)場地勢平緩，坡度約25°，山體穩(wěn)定且無較大外部擾動(dòng)，根據(jù)現(xiàn)場情況判斷地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較小，且處于非高后果區(qū)內(nèi)，人員和建筑物稀少。

 

圖5環(huán)焊縫缺陷2現(xiàn)場地勢照片（紅色方框?yàn)槿毕菸恢茫?o:p>

2.2.3處置措施

考慮環(huán)焊縫缺陷2的射線檢測評級滿足建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的合格級別，未在高后果區(qū)且管道承受外部軸向載荷較小，同時(shí)權(quán)威機(jī)構(gòu)出具的安全評價(jià)結(jié)論是此焊縫缺陷可接受，故認(rèn)為可在當(dāng)前設(shè)計(jì)壓力10MPa下繼續(xù)服役。但為保障管道安全運(yùn)行，應(yīng)開展如下工作：

（1）每年進(jìn)行一次開挖檢測與評價(jià)，連續(xù)進(jìn)行兩年。若連續(xù)兩次檢測均未發(fā)現(xiàn)該缺陷尺寸擴(kuò)展或其他嚴(yán)重缺陷，則按普通焊縫管理。若發(fā)現(xiàn)缺陷尺寸擴(kuò)展或其他嚴(yán)重缺陷，將視安全評價(jià)結(jié)果并結(jié)合外部環(huán)境條件研究后進(jìn)行修復(fù)。

（2）做好日常巡護(hù)管理和地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)排查，確保第三方施工和地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)受控。

（3）做好管道電位測試與分析工作，發(fā)現(xiàn)干擾時(shí)，及時(shí)采取調(diào)整恒電位儀運(yùn)行參數(shù)、修復(fù)防腐層破損點(diǎn)或增加排流防護(hù)等措施，確保管道電位滿足陰極保護(hù)要求。

3 總結(jié)

從上述兩個(gè)實(shí)例的分析中可以看出，對內(nèi)檢測報(bào)告的環(huán)焊縫缺陷，即使無損檢測結(jié)果同樣為不合格，但仍然應(yīng)堅(jiān)持具體問題具體分析的原則，綜合考慮環(huán)焊縫是否與彎頭等特殊管件有關(guān)，以及是否處于地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)段、是否處于高后果區(qū)等敏感管段這些外部環(huán)境因素，從而采取針對性的處置措施。具體來說，環(huán)焊縫缺陷的分析與處置應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)：  

（1）初步篩選。當(dāng)內(nèi)檢測報(bào)告的環(huán)焊縫缺陷數(shù)量較多時(shí)，應(yīng)進(jìn)行初選分類，有重點(diǎn)地開展開挖檢測，并根據(jù)缺陷類型選取合適的無損檢測手段。

（2）開展適用性評價(jià)。分析無損檢測結(jié)果時(shí)應(yīng)與建設(shè)期的劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對照，必要時(shí)根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行缺陷適用性評價(jià)。

（3）分析特定外部環(huán)境。應(yīng)根據(jù)安全評價(jià)結(jié)果并結(jié)合管道外部環(huán)境，綜合分析管道受力情況、地質(zhì)災(zāi)害情況及是否為高后果區(qū)等特定地理和社會因素，然后確定處置措施。

（4）采取綜合處置措施。當(dāng)管道本體及外部環(huán)境均較為不利時(shí)，應(yīng)考慮同時(shí)采取環(huán)焊縫缺陷隱患消除和外部地理環(huán)境隱患整改的綜合治理措施，從根本上確保管道安全。

參考文獻(xiàn)：

1. API 579-2007.Fitness for Service[S].

2、SY/T 6477-2014.含缺陷油氣輸送管道剩余強(qiáng)度評價(jià)方法[S]. 

作者：曹國飛，1984年生，男，2011年碩士畢業(yè)于湖南大學(xué)，現(xiàn)就職于西氣東輸管道公司從事管道管理工作。

《管道保護(hù)》2017年第1期（總第32期）