曹?chē)�飛　姜永濤　藺軍偉

西氣東輸管道公司

 

隨著(zhù)國內高鋼級大口徑輸氣管道的大規模建設，因現場(chǎng)焊接難度增大、缺陷漏檢率增高，在試壓和投產(chǎn)運行初期已發(fā)生了多起環(huán)焊縫開(kāi)裂和泄漏事故，其中大部分由焊接缺陷造成。目前，國內環(huán)焊縫焊接質(zhì)量控制水平與國外尚存在一定差距，且國內管道工程建設以半自動(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)，由于管道組對的應力、地理條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，已成為影響管道安全運行的重要因素。

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。雖然能夠報告出環(huán)焊縫異常的時(shí)鐘方位和環(huán)向長(cháng)度，但不能指出是何種類(lèi)型的缺陷，所給出的長(cháng)度也不代表缺陷的尺寸，僅代表所給出的范圍內可能存在有某種類(lèi)型的缺陷，至于缺陷的類(lèi)型、尺寸及嚴重程度，則需現場(chǎng)開(kāi)挖管道后通過(guò)合適的無(wú)損檢測和評價(jià)技術(shù)予以確認。鑒于內檢測發(fā)現的環(huán)焊縫缺陷數量眾多，西氣東輸管道公司要求內檢測單位進(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(kāi)展開(kāi)挖檢測，然后視情況安排進(jìn)一步檢測、評估和修復工作。

某輸氣管道管徑660 mm，系保障華中地區供氣安全的重要聯(lián)絡(luò )線(xiàn)，于2011年投產(chǎn)。為摸清管道本體缺陷情況，按照法規和國家標準要求，西氣東輸管道公司委托專(zhuān)業(yè)管道內檢測單位于2013~2014年完成了漏磁管道內檢測，本次內檢測共計發(fā)現環(huán)焊縫異常5 559處，劃分類(lèi)別見(jiàn)表1。

按照環(huán)焊縫缺陷嚴重程度分類(lèi)，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(kāi)展了開(kāi)挖檢測，經(jīng)射線(xiàn)、超聲、磁粉等無(wú)損檢測發(fā)現了諸多不合格缺陷，并開(kāi)展了適用性評價(jià)。按照設計原則，同時(shí)考慮管道投產(chǎn)前已經(jīng)過(guò)打壓試驗，認為在設計壓力下平穩運行不至于導致環(huán)焊縫缺陷擴展。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(wú)損檢測不合格+滑坡

2.1.1缺陷及評價(jià)

在開(kāi)挖抽查檢測中發(fā)現，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(guān)檢查和磁粉檢測合格，但射線(xiàn)檢測評定為Ⅳ級，超聲檢測為Ⅲ級，發(fā)現根部未熔合和咬邊缺陷。按照《石油天然氣鋼質(zhì)管道無(wú)損檢測》（SY/T 4109-2013）和《鋼質(zhì)管道焊接及驗收》（SY/T4103-2006）的分級標準，此環(huán)焊縫射線(xiàn)檢測和超聲檢測均不合格。此處管道公稱(chēng)壁厚為13.7mm，實(shí)測平均壁厚為13.45mm，未見(jiàn)明顯減薄。詳細檢測數據見(jiàn)表2。

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

 

參考現有的管材技術(shù)條件和運行工況，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收規范》，取平均值76J，評價(jià)參數詳見(jiàn)表4。

X70管線(xiàn)鋼的評估曲線(xiàn)方程如下式：

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

按照前述參數，在10MPa設計壓力下，評價(jià)結果顯示，缺陷1距臨界線(xiàn)較遠，缺陷可接受，如圖1所示。

圖1  環(huán)焊縫缺陷1評價(jià)圖（10MPa內壓）

進(jìn)一步計算發(fā)現，當缺陷長(cháng)度達到150mm、深度達到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（假設缺陷長(cháng)度150mm、深度6mm）

2.1.2外部環(huán)境

該處缺陷處于2米長(cháng)彎頭與直管段連接的環(huán)焊縫上（詳見(jiàn)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。因坡腳已削平，在夏季豐雨期山體吸水失穩，在管道附近發(fā)現多道裂紋，且導致站圍墻邊混凝土排水溝出現扭曲位移、開(kāi)裂。

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

 

圖3 環(huán)焊縫缺陷位置示意圖

2.1.3處置措施

鑒于應力監測裝置系山體滑坡裂紋發(fā)現后增設，管道原始應力情況不明，判斷監測裝置增設前管道可能已承受較大外部應力。分析現有應力監測數據發(fā)現，管道受力變化率較大，但絕對值不高。因坡腳處于無(wú)支撐狀態(tài)，且該地區雨水較多，可以判斷山體滑坡處于發(fā)育中，管道受力可能持續增大。

根據研究，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)焊縫缺陷應采取消除滑動(dòng)坡體、開(kāi)挖釋放管體應力、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(wú)損檢測不合格

2.2.1缺陷及評價(jià)

在開(kāi)挖抽查檢測中另發(fā)現一處位于非高后果區管段的環(huán)焊縫缺陷，超聲檢測評價(jià)為Ⅳ級，射線(xiàn)檢測評價(jià)為Ⅰ級，磁粉檢測評價(jià)和外觀(guān)檢查合格。按照分級標準，此環(huán)焊縫超聲檢測不合格。此處管道公稱(chēng)壁厚為11.4mm，實(shí)測平均壁厚為11.19 mm，未見(jiàn)明顯減薄。詳細檢測數據見(jiàn)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(wú)錯邊、斜接、彈性敷設等引起的軸向彎曲載荷，認為在10MPa設計壓力下，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，從圖5可以看到，現場(chǎng)地勢平緩，坡度約25°，山體穩定且無(wú)較大外部擾動(dòng)，根據現場(chǎng)情況判斷地質(zhì)災害風(fēng)險較小，且處于非高后果區內，人員和建筑物稀少。

 

圖5環(huán)焊縫缺陷2現場(chǎng)地勢照片（紅色方框為缺陷位置）

2.2.3處置措施

考慮環(huán)焊縫缺陷2的射線(xiàn)檢測評級滿(mǎn)足建設標準和行業(yè)標準要求的合格級別，未在高后果區且管道承受外部軸向載荷較小，同時(shí)權威機構出具的安全評價(jià)結論是此焊縫缺陷可接受，故認為可在當前設計壓力10MPa下繼續服役。但為保障管道安全運行，應開(kāi)展如下工作：

（1）每年進(jìn)行一次開(kāi)挖檢測與評價(jià)，連續進(jìn)行兩年。若連續兩次檢測均未發(fā)現該缺陷尺寸擴展或其他嚴重缺陷，則按普通焊縫管理。若發(fā)現缺陷尺寸擴展或其他嚴重缺陷，將視安全評價(jià)結果并結合外部環(huán)境條件研究后進(jìn)行修復。

（2）做好日常巡護管理和地質(zhì)災害風(fēng)險排查，確保第三方施工和地質(zhì)災害風(fēng)險受控。

（3）做好管道電位測試與分析工作，發(fā)現干擾時(shí)，及時(shí)采取調整恒電位儀運行參數、修復防腐層破損點(diǎn)或增加排流防護等措施，確保管道電位滿(mǎn)足陰極保護要求。

3 總結

從上述兩個(gè)實(shí)例的分析中可以看出，對內檢測報告的環(huán)焊縫缺陷，即使無(wú)損檢測結果同樣為不合格，但仍然應堅持具體問(wèn)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)災害易發(fā)段、是否處于高后果區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(lái)說(shuō)，環(huán)焊縫缺陷的分析與處置應遵循以下幾點(diǎn)：  

（1）初步篩選。當內檢測報告的環(huán)焊縫缺陷數量較多時(shí)，應進(jìn)行初選分類(lèi)，有重點(diǎn)地開(kāi)展開(kāi)挖檢測，并根據缺陷類(lèi)型選取合適的無(wú)損檢測手段。

（2）開(kāi)展適用性評價(jià)。分析無(wú)損檢測結果時(shí)應與建設期的劃分標準進(jìn)行對照，必要時(shí)根據檢測結果進(jìn)行缺陷適用性評價(jià)。

（3）分析特定外部環(huán)境。應根據安全評價(jià)結果并結合管道外部環(huán)境，綜合分析管道受力情況、地質(zhì)災害情況及是否為高后果區等特定地理和社會(huì )因素，然后確定處置措施。

（4）采取綜合處置措施。當管道本體及外部環(huán)境均較為不利時(shí)，應考慮同時(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：

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度評價(jià)方法[S]. 

作者：曹?chē)�飛，1984年生，男，2011年碩士畢業(yè)于湖南大學(xué)，現就職于西氣東輸管道公司從事管道管理工作。

《管道保護》2017年第1期（總第32期）