欄目主持人戴聯(lián)雙博士：2014年和2018年，馬來(lái)西亞SSGP管道在地質(zhì)災害活動(dòng)頻繁的山區發(fā)生兩次環(huán)焊縫開(kāi)裂事故。事故調查發(fā)現，環(huán)焊縫存在低強匹配現象，降低了管道的應變能力，對位移載荷尤其敏感，需要新的焊接工藝規程保障焊縫的高應變能力，以與母材保持匹配。

1 SSGP管道概況

SSGP輸氣管道建成于2013年，全長(cháng)512公里。螺旋焊縫鋼管，管材X70，管徑914毫米，壁厚14毫米至20毫米，輸送能力84萬(wàn)立方米/小時(shí)。途經(jīng)復雜地形區域，穿越大量河流、濕地、茂密森林，以及棕櫚樹(shù)覆蓋的高海拔山地。

該管道設計遵循ASME B31.8:2007《輸氣和配氣管道系統》輸送非酸性氣體規范要求，設計壽命為25年，采用內涂層和溶解環(huán)氧涂層防腐。施工期間，焊接工藝規程（WPS）完全與API 1104《管道及有關(guān)設施的焊接》規范保持一致，采用的纖維素焊條和其他焊接工藝參數都符合規范要求，且綜合考慮了管道施工、運行和外部環(huán)境可能承受的軸向載荷，抗應變能力為0.5%（當管道位于地質(zhì)災害活動(dòng)頻繁區域，應變量超過(guò)0.5%時(shí)將會(huì )危及管道運行安全）。

2 事故應對措施

兩次環(huán)焊縫開(kāi)裂事故都發(fā)生在Sarawak地區。第一次事故發(fā)生于2014年6月（圖 1），導致管道停輸2年。期間，開(kāi)展了大量失效調查、技術(shù)研究和現場(chǎng)修復工作。包括：①管道全線(xiàn)地質(zhì)災害排查和相關(guān)地災防控技術(shù)研究；②建設施工期全部射線(xiàn)底片復查；③開(kāi)裂環(huán)焊縫實(shí)驗室分析；④成功修復了幾百處危害性環(huán)焊縫。

第二次事故發(fā)生于2018年1月（圖 2），再次開(kāi)展了現場(chǎng)修復和技術(shù)研究工作。包括：①委托位于新加坡的DNV GL公司開(kāi)展失效調查；②制定具有高應變能力的焊接工藝規程；③確定能夠達到焊接高應變能力焊縫的焊工資質(zhì)。

此外，針對所有識別出來(lái)的存在地質(zhì)災害風(fēng)險區域的管段進(jìn)行再檢測。檢測方法主要是非接觸式漏磁檢測（MTM）和管道內檢測（ILI），用以識別管道發(fā)生彎曲和存在應變變形狀態(tài)的位置。識別出的高風(fēng)險環(huán)焊縫都進(jìn)行了開(kāi)挖，并采用超聲檢測（PAUT，TOFD）、磁粉檢測（MT）、渦流檢測（EC）和射線(xiàn)檢測（RT）確定環(huán)焊縫是否存在缺陷。

3 全尺寸彎曲試驗

檢測確定，發(fā)生開(kāi)裂的兩處環(huán)焊縫存在錯邊和根部缺陷（均在驗收指標范圍內，不存在超標缺陷）。為了評估環(huán)焊縫與母材的匹配性對管道承受外載荷引起的位移應變能力（環(huán)焊縫抗應變能力），開(kāi)展了兩次模擬管道環(huán)焊縫現狀（均含有錯邊和根部缺陷）的全尺寸彎曲試驗。

試驗一：采用SSGP的原焊接工藝規程。環(huán)焊縫機械性能測試報告顯示，其拉伸強度576～635 MPa，符合API標準（570～760 MPa）規定。焊縫、熱影響區和母材的沖擊功分別為62.7 J、 127.3 J和262.7 J。試驗結果顯示：失效發(fā)生在環(huán)焊縫位置，失效時(shí)的拉伸應變小于0.5%（在根部預制了深3.0 mm、長(cháng)190 mm缺陷，并伴有2 mm錯邊）。試驗管段的水壓和環(huán)焊縫最大位移分別是9.2 MPa和200.94 mm。開(kāi)裂位置和形貌見(jiàn)圖 3。

試驗二：采用具備高應變能力的焊接工藝規程。根焊采用E7016-H4，熱焊、填充和蓋帽都采用E9045-P2 H4R，手工電弧焊堿性實(shí)心焊條。環(huán)焊縫機械性能測試報告顯示，拉伸強度613～670 MPa，符合API標準（570～760 MPa）規定。焊縫、熱影響區和母材的沖擊功分別為160 J、 281 J和298 J。試驗結果顯示：失效發(fā)生在母材位置，失效時(shí)的拉伸應變大于3%（在根部預制了深2.9 mm、長(cháng)190 mm、寬0.7 mm的缺陷，并伴有2 mm錯邊）。見(jiàn)圖 4、圖 5。

試驗二超過(guò)3%應變水平和9.6 MPa內壓情況下環(huán)焊縫沒(méi)有發(fā)生開(kāi)裂，表明改進(jìn)焊接工藝規程使得環(huán)焊縫具有高應變能力，其強度跟母材相比具有較強匹配但沒(méi)有過(guò)度匹配，提高了管道整體結構的抗外部位移載荷能力（抗應變能力）。

4 高強鋼管道安全保障建議

結合SSGP兩次事故調查和全尺寸彎曲試驗結果，針對高強鋼管道建設和運營(yíng)提出如下建議。

（1）使用優(yōu)質(zhì)和適用焊條（重視焊條的存放、烘干和使用），將會(huì )有效降低焊接過(guò)程中氫脆和延遲氫致裂紋的風(fēng)險。

（2）用堿性焊條代替纖維素焊條（如X70鋼管道用E9045代替E8010），使得焊縫與母材達到等強或較強匹配。

（3）結合E6010根焊和E8010熱焊、填充和蓋帽焊接現狀分析，使用E8010纖維素焊條最大應變能力只達到0.48%。而使用適合的較強匹配焊條使焊縫應 變能力超過(guò)了3%。環(huán)焊縫模擬分析和全尺寸彎曲試驗（承受內壓情況下）都驗證了這種情況。

（4）針對可能存在地災風(fēng)險的區域應在設計時(shí)考慮采用基于應變的設計代替基于應力的設計�；�于CTOD斷裂韌性和應變水平制定具備高應變能力焊縫的焊接工藝規程。

（5）實(shí)時(shí)監測地災危害因素，以便及時(shí)采取快速和適用響應措施。

（6）通過(guò)滑坡固定、限制土體移動(dòng)等措施防控地質(zhì)災害風(fēng)險。

提高環(huán)焊縫應變能力，保持管道環(huán)焊縫與母材之間等強或較強匹配是提高管道抗位移載荷的有效措施，尤其在地質(zhì)災害頻繁發(fā)生的區域，應從設計上考慮具備高應變焊縫的焊接工藝規程和地質(zhì)災害防控措施。

在談?wù)搹姸绕ヅ湫蕴岣呖雇獠枯d荷能力的時(shí)候，需要考慮焊縫的韌性?xún)�備�?wèn)題，只有具備足夠的韌性?xún)�備，才�?huì )上升到匹配的問(wèn)題，否則在尚未發(fā)生因匹配失效的情況下，易發(fā)生脆性斷裂失效。

（原文名稱(chēng)： AIM-PIMG2019-1068 ： HIGH STRAINWELD SOLUTIONS FOR GEOHAZARD ACTIVEENVIRONMENT. 戴聯(lián)雙翻譯，管道建設期有關(guān)信息來(lái)自網(wǎng)絡(luò )。）

作者：戴聯(lián)雙，博士， 1983年生，現就職于國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司，注冊安全工程師、二級安全評價(jià)師、管道檢驗師。負責編寫(xiě)了《油氣管道安全防護規范》（ Q/SY1490），參與起草公安部標準《石油天然氣管道系統治安風(fēng)險等級和安全防范要求》（GA 1166）、國家標準 《油氣輸送管道完整性管理規范》（ GB 32167）等多項標準。在國內外期刊先后發(fā)表論文10余篇，參與編著(zhù)了《管道完整性管理技術(shù)》《油氣管道事故啟示錄》《油氣管道清管技術(shù)與應用》等書(shū)籍。近年來(lái)多次獲得中石油集團科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎、河北省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎、管道科學(xué)獎等。