譚春波 向敏 陳啟斌 陳帝文 王祎

廣東省天然氣管網(wǎng)有限公司

摘  要：以某在役干線(xiàn)輸氣管道為例，介紹了管道內檢測缺陷形成原因。在無(wú)法割管的情況下，通過(guò)宏觀(guān)分析、硬度測試及金相分析確定了管道缺陷部位存在違規焊補問(wèn)題。結果表明，缺陷部位防腐層經(jīng)歷補傷，管道外表面熔結環(huán)氧粉末涂層缺失，且管道外表面存在凹凸不平的現象；缺陷部位金屬硬度明顯低于管體母材非缺陷部位；缺陷部位金相組織顯示與母材有明顯區別，缺陷外表面歷經(jīng)焊補操作。針對內檢測缺陷形成原因，提出了相應的治理建議。

關(guān)鍵詞：輸氣管道；內檢測；缺陷；焊補；硬度測試；金相分析

近年來(lái)，國內管道安全事故頻發(fā)，引起了各管道運營(yíng)公司對管道本質(zhì)安全的重視，管道內檢測技術(shù)得到全面推廣和應用[1]。在役天然氣管道隨服役時(shí)間增長(cháng)，難免存在腐蝕減薄現象，特別是沒(méi)有內涂層的管道，當輸送天然氣中含酸性介質(zhì)時(shí)，容易發(fā)生腐蝕，危害管道安全。

壓力管道安裝檢驗和定期檢驗中都需要采用無(wú)損檢測技術(shù)對管道本體損傷和焊縫缺陷進(jìn)行檢測[2]，由于無(wú)損檢測方法的原理、設備等帶來(lái)的局限性，難以從源頭上找到缺陷成因。王海濤等[2]通過(guò)割管取樣的方法對管道缺陷致因進(jìn)行了分析，發(fā)現由補焊產(chǎn)生。由于在役干線(xiàn)輸氣管道采用停輸割管取樣的方法會(huì )造成較大成本損失，并不現實(shí)。在不割管情況下，通過(guò)宏觀(guān)分析、硬度測試和金相分析，研究了管道內檢測缺陷的形成原因，并提出針對性治理建議。

1 基本情況

某干線(xiàn)輸氣管道長(cháng)136 km，管徑914 mm，壁厚16 mm，設計壓力9.2 MPa， 2015年1月投產(chǎn)。在首輪內檢測中發(fā)現檢測里程39 048.81 m處，順氣流8:00方向，存在金屬損失39% wt的缺陷，剩余壁厚9.76 mm，管道缺陷嚴重。采用噴灑方式進(jìn)行磁粉檢測未發(fā)現裂紋，超聲測厚實(shí)測的最大減薄為40.6%，射線(xiàn)檢測結果顯示為內部金屬損失，如圖 1所示。

2 現場(chǎng)檢驗與結果分析

2.1 宏觀(guān)分析

現場(chǎng)觀(guān)察，管道缺陷部位3PE防腐層存在補傷痕跡，將補傷片剝離后，管道缺陷部位外表面凹凸不平且外表面熔結環(huán)氧粉末涂層缺失，如圖 2所示。

根據上述結果，初步懷疑該處缺陷部位的管道外表面疑似歷經(jīng)本體修復，有必要進(jìn)一步表征管道缺陷部位與附近母材區域表面性能的差異。

在缺陷對應位置選取2～3個(gè)區域進(jìn)行輕微研磨、拋光，用硝酸乙醇進(jìn)行腐蝕，進(jìn)一步觀(guān)察宏觀(guān)形態(tài)。如圖 3所示，缺陷點(diǎn)表面色澤光亮，未見(jiàn)裂紋、腐蝕坑等缺陷，但管道表面存在明顯的分界線(xiàn)，疑似焊補痕跡。

焊補是對管道壁面局部反復加熱、熔融的過(guò)程，會(huì )引起焊補部位金相組織與性能的變化。為表征缺陷點(diǎn)疑似焊補部位與缺陷點(diǎn)附近其他部位金相組織與性能的差別，對內部缺陷對應部位的外表面進(jìn)行現場(chǎng)硬度測試與金相組織檢驗。

2.2 硬度測試

在管道外表面缺陷點(diǎn)疑似焊補部位和其余部位分別取樣，如圖 4所示。用Equotip-Piccolo2型便攜式里氏硬度計進(jìn)行表面硬度測試[3]，結果如表 1所示。

由表 1可知，遠離疑似焊補部位、焊縫左側母材部位的硬度相對較高，最高可達242.2 HB，而疑似焊補部位的硬度較低，最低僅有125.3 HB。說(shuō)明疑似焊接部位的力學(xué)性能與母材部位管壁相比存在顯著(zhù)差異。

2.3 金相分析

為表征缺陷點(diǎn)疑似焊補部位與缺陷點(diǎn)較遠部位管道母材組織的差別，在缺陷點(diǎn)疑似焊補部位和母材部位分別選點(diǎn)，根據金屬顯微組織檢驗方法[4]，進(jìn)行金相檢驗分析。金相檢測部位經(jīng)輕微研磨、拋光、硝酸乙醇腐蝕后，用金相顯微鏡進(jìn)行組織觀(guān)察，結果如圖 5所示。

圖 5  缺陷部位金相組織 

    結果可知，管道母材的金相組織均為鐵素體，呈帶狀分布，晶粒細小，如圖 5（a）（b）所示；熱影響區靠近母材一側為重結晶區，晶粒相當細小，而靠近熔合區一側組織略微粗大，如圖5（c）所示；熔合區組織為針狀鐵素體，且晶粒比較細小。如圖 5 （d）所示。此外，缺陷點(diǎn)宏觀(guān)鏡面形貌存在明晰可辨的反復堆焊的重疊狀融合線(xiàn)，進(jìn)一步表明缺陷外表面歷經(jīng)焊補操作，如圖 6所示。

綜上所述，焊補組織未見(jiàn)嚴重過(guò)熱組織缺陷，也未見(jiàn)裂紋、疏松等焊接缺陷。焊補部位與母材部位金相組織存在顯著(zhù)差別，與硬度檢驗結果中兩部位存在的差別存在對應關(guān)系。

2.4 缺陷成因分析

該處管道內檢測缺陷產(chǎn)生的原因是管道外表面焊補所致，具體表現為：該處管道本體缺陷點(diǎn)存在明顯的焊補痕跡，遠離焊接部位的母材區域硬度較大，焊補部位區域硬度較小，焊補部位組織與母材部位金相組織存在顯著(zhù)差別，導致兩者硬度存在差別。

進(jìn)一步分析，由于管道本體外表面歷經(jīng)焊補，導致焊補部位與管道本體母材部位存在明顯力學(xué)性質(zhì)差異，容易形成“大陰極小陽(yáng)極”效應，導致焊補位置發(fā)生腐蝕。

3 結論與建議

在不割管、不影響管道正常運行的情況下，通過(guò)宏觀(guān)分析、硬度測試、金相組織分析確定內檢測缺陷部位存在焊補現象，但這一結論是基于高度懷疑管道缺陷部位歷經(jīng)焊補行為而進(jìn)行的驗證結果。為驗證結果的準確性，有必要進(jìn)一步對管道割管取樣進(jìn)行化學(xué)分析。管道違規焊補造成焊補位置容易發(fā)生腐蝕，嚴重危害管道運行安全，應杜絕此類(lèi)事件發(fā)生，為此提出以下建議。

（1）嚴格管道采購、檢驗、安裝全過(guò)程質(zhì)量控制和管道防腐層、本體保護，防止任何形式的管道損傷，強化管道安裝、監理人員的質(zhì)量和安全意識。

（2）嚴格禁止以焊補的形式修補管道外表面損傷。

（3）加強管道安裝質(zhì)量驗收環(huán)節各方責任落實(shí)，杜絕一切未經(jīng)記錄的缺陷轉移到管道運營(yíng)環(huán)節。

（4）安裝階段針對可能的管道本體損傷，完善管理制度的不符合項。

參考文獻：

[1] 王良軍，李強，梁菁嬿. 長(cháng)輸管道內檢測數據比對國內外現狀及發(fā)展趨勢[J]. 油氣儲運， 2015，34(03)： 233-236.

[2] 王海濤，李仕力，張智，等. 管道無(wú)損檢測缺陷致因分析案例的啟示[J]. 管道保護， 2020(1)： 56-59.

[3] 高怡斐，董莉. GB/T 17394.1-2014，金屬材料里氏硬度試驗第1部分：試驗方法[S]. 中華人民共和國國家質(zhì)量監督檢驗檢疫總局、中國國家標準化管理委員會(huì )， 2014： 16.

[4] 李繼康，趙曉麗，欒燕，等. GB/T 13298-2015，金屬顯微組織檢驗方法[S]. 中華人民共和國國家質(zhì)量監督檢驗檢疫總局、中國國家標準化管理委員會(huì )， 2015： 8.

作者簡(jiǎn)介：譚春波， 1982年生，工程師，現主要從事長(cháng)輸天然氣管道生產(chǎn)運行和管道保護管理工作。

通訊作者：陳帝文，男， 1991年生，碩士研究生，現主要從事長(cháng)輸天然氣管道完整性管理工作。聯(lián)系方式： 020-66816357/18320726009，chendw@gdngg.com.cn。