丁昱 侯浩 軒恒

國家管網(wǎng)集團西南管道公司

摘  要：在管道環(huán)焊縫排查治理工作中，盡可能精確地篩選出缺陷焊縫，可以有效降低成本。以中緬天然氣管道（國內段）干線(xiàn)為例，對環(huán)焊縫排查方法及開(kāi)挖驗證結果進(jìn)行對比分析，探討提升同類(lèi)山區管道環(huán)焊縫缺陷排查準確率的方法。

關(guān)鍵詞：山區管道；環(huán)焊縫；開(kāi)挖驗證；底片；內檢測；不等壁厚

近年來(lái)，高強度鋼管道的環(huán)焊縫質(zhì)量問(wèn)題日益凸顯[1]。以中緬天然氣管道（國內段）干線(xiàn)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中緬天然氣管道）為例，目前已開(kāi)挖驗證近萬(wàn)道環(huán)焊縫，平均不合格率約11%。為了盡可能精確篩選出缺陷焊縫，降低環(huán)焊縫排查治理成本，以平均不合格率為基準，對比各類(lèi)評價(jià)方法在實(shí)際開(kāi)挖驗證中的缺陷發(fā)生概率，從排查方法及開(kāi)挖驗證結果和影響因素兩個(gè)方面驗證各類(lèi)評價(jià)效果，探討精確選口的方法。

1  排查方法及開(kāi)挖驗證結果

1.1  底片復評

底片復評是通過(guò)排查管道建設期的射線(xiàn)無(wú)損檢測底片，以發(fā)現焊縫質(zhì)量“存疑點(diǎn)”。依據管道制管焊縫組對間距不符合（GB 50369―2014《油氣長(cháng)輸管道工程施工及驗收規范》第10.2.2條）、原片不合格但未見(jiàn)返修合格底片、像質(zhì)計絲號識別不符合標準要求等篩查原則，對管道建設期的所有環(huán)焊縫的射線(xiàn)底片復核，評定出底片復核存疑焊口。經(jīng)過(guò)開(kāi)挖驗證，發(fā)現底片存疑焊口的不合格率高達55.94%，裂紋口占比也達到7.43%�？梢�(jiàn)底片存疑焊口實(shí)際出現缺陷的概率極高，建議將底片存疑焊口作為環(huán)焊縫排查的首選目標焊口。

1.2  風(fēng)險評價(jià)

中緬天然氣管道環(huán)焊縫風(fēng)險評價(jià)采用半定量方法（圖 1），將影響管道環(huán)焊縫可靠性的13個(gè)指標分為環(huán)焊縫缺陷、載荷、材料性能和施工管理四類(lèi)，并分析各個(gè)指標之間的邏輯關(guān)系，對每個(gè)指標進(jìn)行賦值評分，綜合評價(jià)其引起管道泄漏的可能性；對于高后果區內的環(huán)焊縫，以不同的安全系數來(lái)表示泄漏事故后果的嚴重程度，將上述分值與安全系數相乘，最終得到管道沿線(xiàn)的風(fēng)險大小。

根據風(fēng)險評價(jià)計算結果確定環(huán)焊縫的風(fēng)險等級，并參照GB 32167―2015《油氣輸送管道完整性管理規范》的風(fēng)險矩陣將中緬天然氣管道環(huán)焊縫風(fēng)險分為低級、中級、較高級、高級四個(gè)等級。經(jīng)過(guò)對風(fēng)險評價(jià)較高級以上環(huán)焊縫開(kāi)挖驗證，發(fā)現不合格環(huán)焊縫占比18.79%，裂紋口占比1.11%，其中高風(fēng)險不合格焊口占比達到20.47%，不合格率約為平均值2倍，說(shuō)明風(fēng)險評價(jià)具有一定的科學(xué)性。 

1.3  完整性評價(jià)

根據國內外主要評價(jià)方法BS 7910:2013《Guide to methods for assessing the acceptability of flaws in metallic structures》、GB/T 19624―2004《在用含缺陷壓力容器安全評定》等，將缺陷劃分為體積型缺陷和平面型缺陷兩大類(lèi)，分別包括圓形缺欠（點(diǎn)狀氣孔、點(diǎn)狀夾渣）、內凹、燒穿等；裂紋、未熔合、未焊透、咬邊、條形缺欠（條形氣孔、條形夾渣）。

根據評價(jià)結果，體積型缺陷對結構完整性影響較小，在載荷取1.39安全系數的情況下，10 MPa工況下評價(jià)所有體積型缺陷均可通過(guò)。而平面型缺陷對結構完整性影響較大，在各種工況下評價(jià)均有部分平面型缺陷被評價(jià)為完整性不可接受焊口。通過(guò)對完整性評價(jià)不可接受環(huán)焊縫開(kāi)挖驗證，發(fā)現此類(lèi)環(huán)焊縫不合格率高達43.06%，裂紋占比也高達5.670%。根據完整性評價(jià)結論排查的不合格焊口和裂紋口的準確性很高，可見(jiàn)對環(huán)焊縫開(kāi)展完整性評價(jià)的重要性和必要性。

1.4  內檢測異常

利用管輸介質(zhì)驅動(dòng)檢測器在管道內運行，實(shí)時(shí)檢測和記錄管道的變形、腐蝕等損傷情況（圖 2），可事先發(fā)現各種缺陷和損傷。內檢測數據經(jīng)過(guò)數據對齊后，即可實(shí)現建管數據與內檢測數據一一對應，找出風(fēng)險環(huán)焊縫在內檢測數據中相對應的具體位置[2]。同時(shí)，結合建設期資料也可梳理出疑似黑口的“三無(wú)”環(huán)焊縫。

結合中緬天然氣管道內檢測數據對齊成果，對發(fā)現的較嚴重及以上異常環(huán)焊縫組織開(kāi)挖驗證，發(fā)現不合格焊口占比達到24.61%，裂紋口率為2.36%，不合格率約為平均值的2.5倍，說(shuō)明內檢測數據也具有一定的參考價(jià)值。

隨著(zhù)內檢測技術(shù)發(fā)展，軸向應變檢測功能也逐步普及，檢測器上還可加入IMU模塊定位管道坐標。日后的開(kāi)挖驗證選口可以根據檢測結果劃定的軸向應變和彎曲應變集中區域（圖 3），組織對應力較大的環(huán)焊縫開(kāi)挖驗證；也可以根據IMU數據與竣工中心線(xiàn)數據進(jìn)行對比分析和確定管道位移變化情況，進(jìn)一步驗證軸向應變內檢測結果的準確性。

2  影響因素分析

2.1  空間分布

對開(kāi)挖驗證發(fā)現的不合格環(huán)焊縫、裂紋焊縫在管道上分閥室區段、分施工機組進(jìn)行空間排布，尋找缺陷環(huán)焊縫的分布規律。

通過(guò)對不合格環(huán)焊縫、裂紋焊縫復拍底片和外部環(huán)境分析，發(fā)現不合格環(huán)焊縫的閥室區間多位于黃土易塌陷土質(zhì)或多山區帶，地形復雜，管道容易受力；或者集中在某施工單位個(gè)別機組。管道強力組對的組對應力、土體位移導致管道所受拉應力、管道連續起伏所受拉力、焊口處打磨或補焊造成焊縫薄弱等。 

2.2  不等壁厚焊口、彎頭

不等壁厚（大錯邊量）處的環(huán)焊縫往往存在焊口單面焊雙面成型難度大、幾何形狀突變易引起應力集中等，該環(huán)焊縫在焊根處由于壁厚過(guò)渡引起截面形狀的突變，在外力作用時(shí)很容易產(chǎn)生應力集中[3]，引發(fā)環(huán)焊縫開(kāi)裂或斷裂。而彎頭處的環(huán)焊縫失效往往與不等壁厚焊口及彎頭的母材有關(guān)，特別是連續彎曲處也易造成應力集中，此類(lèi)環(huán)焊縫發(fā)生脆性斷裂從而引發(fā)延遲裂紋的可能性高于其他類(lèi)型環(huán)焊縫。中緬天然氣管道通過(guò)開(kāi)挖驗證，熱煨彎頭口的不合格焊口占比13.55%，裂紋口占比1.16%，變壁厚焊口不合格焊口占比12.93%，裂紋口率0.74%。彎頭變壁處環(huán)焊縫出現缺陷的幾率要高于平均不合格率。

2.3  焊接工藝、焊口類(lèi)型

從焊接類(lèi)型上分析，手工焊的不合格焊口比率最高，為25%；焊條電弧焊次之，為15.28%。從焊口類(lèi)型上看，彎管+返修口焊口類(lèi)型的不合格比率最高，為45%，其次返修口、彎管+死口、彎管變壁厚口+返修口，這4種焊口類(lèi)型的不合格比率均在20%～25%之間，剩余焊口類(lèi)型不合格比率皆在20%以下。

3  規律總結

結合往年對中緬天然氣管道環(huán)焊縫開(kāi)挖驗證實(shí)際情況（圖 4），從篩查和評價(jià)方面可印證出底片存疑口（不合格率51.39%，裂紋率0.375%）、內檢測異常焊口（不合格率24.61%，裂紋率0.236%）出現缺陷焊口或者裂紋焊口的幾率較高。環(huán)焊縫風(fēng)險評價(jià)（不合格率18.79%，裂紋率0.111%）以及在此基礎上進(jìn)行的完整性評價(jià)（不合格率43%，裂紋率0.567%）均具有一定科學(xué)性，對查找不合格焊口和裂紋口較為準確�？陀^(guān)上論證了底片復核、風(fēng)險評價(jià)、完整性評價(jià)、管道內檢測結論可以作為環(huán)焊縫開(kāi)挖驗證選口的重要依據。

從焊口類(lèi)型上分析環(huán)焊縫冷彎、熱煨、不等壁厚的特殊焊口出現缺陷的幾率要高于其他類(lèi)型焊口。由于焊接成型難度大、射線(xiàn)檢測評判困難、幾何形狀突變易引起應力集中等原因，發(fā)生脆性斷裂從而出現延遲裂紋的可能性高于其他。因此，彎頭變壁返修口特性環(huán)焊縫、閥室區段、施工機組分布等因素也具有參考性，可作為環(huán)焊縫開(kāi)挖驗證選口的又一綜合考量依據。

4  小結

隨著(zhù)管道大數據的逐步形成，管道安全評估理念呈現出由數據評估代替風(fēng)險專(zhuān)家評估、由工程適用性評估代替風(fēng)險評估的趨勢[4]。我國管道早期建設過(guò)程中遺留的問(wèn)題多，基礎數據大都存在不同程度的缺失，后續需要科學(xué)、有取舍地開(kāi)展開(kāi)挖驗證，探索更有效的管道數據分析方法。隨著(zhù)環(huán)焊縫大數據挖掘不斷深入，關(guān)聯(lián)因素持續梳理，環(huán)焊縫排查數據也逐步呈現出一定規律，各類(lèi)型環(huán)焊縫之間的數據差異也愈加明顯，使用環(huán)焊縫缺陷排查數據模型實(shí)現精確選口排查將成為一種趨勢。

參考文獻：

[1] 羅金恒，楊峰平，王珂，等. 油氣管道失效頻率及失效案例分析[J].金屬熱處理，2015，40(10)：470-474.

[2] 周軍峰. 在役管道環(huán)焊縫風(fēng)險排查中環(huán)焊縫精確定位方法[J].經(jīng)驗交流，2018(04)：20-21.

[3] 李立峰，秦小建，王沙廳，等. 某管道環(huán)焊縫開(kāi)裂失效分析[J]. 熱加工工藝，2019，48(3)：259-262

[4] 馮慶善. 基于大數據條件下的管道風(fēng)險評估方法思考[J]. 油氣儲運, 2014，33(5)：457-461.

作者簡(jiǎn)介：丁昱，1983年生，工程師，2006年畢業(yè)于四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，現主要從事管道完整性管理環(huán)焊縫排查工作。聯(lián)系電話(huà)：15368668321，155325044@qq.com。