朱汪友

國家管網(wǎng)集團北方管道公司

 

保證環(huán)焊縫質(zhì)量是實(shí)現油氣管道本質(zhì)安全的關(guān)鍵。近年來(lái)北方管道公司通過(guò)全面開(kāi)展環(huán)焊縫質(zhì)量排查，基本摸清了當前認識水平下焊口的質(zhì)量狀況，厘清了環(huán)焊縫失效影響因素，通過(guò)對問(wèn)題焊縫的集中治理，消除了存量隱患風(fēng)險，保持并提升了管道本質(zhì)安全水平。

1  環(huán)焊縫質(zhì)量排查

環(huán)焊縫失效往往是多種因素疊加的結果，需要作為系統工程從多個(gè)緯度進(jìn)行排查，由表及里，找出隱藏缺陷。

（1） 排查思路。

鑒于環(huán)焊縫失效的復雜性，為充分識別風(fēng)險隱患，從環(huán)焊縫缺陷、載荷作用、材料性能、施工管理、綜合風(fēng)險評估等方面排查失效原因。見(jiàn)圖 1�？茖W(xué)精準制定開(kāi)挖原則和計劃，提高開(kāi)挖的準確率，節約開(kāi)挖成本。

（2）排查內容。

缺陷排查。依據無(wú)損檢測標準，對環(huán)焊縫射線(xiàn)底片進(jìn)行復核，找出未被識別的缺陷，分析質(zhì)量隱患，對缺陷嚴重焊口現場(chǎng)開(kāi)挖驗證。

采用北方管道公司科研成果“管道環(huán)焊縫缺陷漏磁檢測信號識別與評價(jià)”方法，結合環(huán)焊縫異常開(kāi)挖驗證數據，制定環(huán)焊縫異常缺陷信號復核分級規則，基于信號特征的形貌、強度、位置等信息，對環(huán)焊縫缺陷進(jìn)行分級識別。見(jiàn)圖 2。

圖 2 內檢測信號復核圖

載荷排查。按照GB/T 34346―2017《基于風(fēng)險的油氣管道安全隱患分級導則》、SY/T 6828―2017《油氣管道地質(zhì)災害風(fēng)險管理技術(shù)規范》、DZ/T 0284―2015《地質(zhì)災害排查規范》等標準，對管道沿線(xiàn)地災狀況、軟弱地基和人工擾動(dòng)等進(jìn)行排查，查找可能導致管道失效的災害點(diǎn)。根據排查結果采取相應措施，消除地質(zhì)條件影響隱患，切斷外部載荷對管道的影響，確保管道運行安全。見(jiàn)圖 3。

圖 3 地災監測截圖

材料性能排查。通過(guò)對焊接工藝進(jìn)行分析，發(fā)現環(huán)焊縫在焊接過(guò)程中預熱溫度、焊接接頭、焊絲型號等是否滿(mǎn)足標準要求，進(jìn)而推斷不同環(huán)焊縫材料性能相對質(zhì)量狀況。

管理問(wèn)題排查。檢查與焊口相關(guān)的竣工資料和內檢測資料，排查施工記錄、監理記錄、無(wú)損檢測報告的符合性和一致性，上溯施工管理問(wèn)題。如果環(huán)焊縫查不到對應的施工記錄、檢測報告和射線(xiàn)底片，需對其進(jìn)行開(kāi)挖檢測。對存在較多不合格焊口和修復焊口的施工隊伍，要加大其焊口開(kāi)挖量。

綜合風(fēng)險評估。借鑒完整性管理思路，開(kāi)展環(huán)焊縫專(zhuān)項風(fēng)險評估，綜合考慮和評價(jià)各類(lèi)風(fēng)險因素導致管道環(huán)焊縫失效的可能性及后果影響，篩選高失效風(fēng)險環(huán)焊縫，用于指導現場(chǎng)開(kāi)挖驗證和處置工作。見(jiàn)圖 4。

（3）開(kāi)挖驗證。

對開(kāi)挖結果統計分析，裂紋口主要分布于X70管道，集中于管頂/管底位置。裂紋口的數量一定程度上能夠反映焊接質(zhì)量及相關(guān)因素對裂紋產(chǎn)生的影響，其中彎管變壁厚口的不合格和需修復比例最高。見(jiàn)圖 5。主要原因為彎管變壁厚口相較于其他類(lèi)型焊口焊接過(guò)程難度更大，容易產(chǎn)生氣孔、未熔合、裂紋等缺陷，以及留存殘余應力。

圖 5 各類(lèi)型焊口不合格分布

隨著(zhù)持續開(kāi)展環(huán)焊縫排查和開(kāi)挖驗證，焊口的不合格率和需修復率逐年下降，說(shuō)明在役管道環(huán)焊縫存量風(fēng)險整體降低。

2  對環(huán)焊縫缺陷的認知

環(huán)焊縫缺陷是引發(fā)事故的基礎致因。材料性能不達標導致抵抗開(kāi)裂的能力降低，管道附加應力是引發(fā)事故的外部因素。

（1）從管道設計及力學(xué)角度分析，無(wú)外載時(shí)管道本身軸向受力較小。超設計軸向載荷過(guò)大時(shí)，即使性能達標也會(huì )產(chǎn)生失效。許多案例表明，環(huán)焊縫性能合格且無(wú)缺陷時(shí)，附加載荷也會(huì )導致其延性拉伸失效。

（2）對于應變能力較低的環(huán)焊縫，即使無(wú)缺陷也可能由于應變積累導致韌性斷裂。體積型缺陷往往不會(huì )導致焊縫開(kāi)裂。即使存在穿透型缺陷，在附加載荷較小且韌性達標時(shí)不會(huì )發(fā)生開(kāi)裂。預制缺陷爆破試驗證明，較嚴重的焊縫缺陷也能承受設計條件甚至一定的外載。

（3）長(cháng)距離露管（懸空）案例說(shuō)明，在材料及焊縫力學(xué)性能達標的時(shí)候，管道即使承受一定的外部載荷也不會(huì )發(fā)生失效。環(huán)焊縫現場(chǎng)開(kāi)挖發(fā)現，高中低鋼級管道均有裂紋，主要分布在高鋼級管道。從服役年限看，投產(chǎn)三、五年到十幾年不等，均未發(fā)生開(kāi)裂。原因主要是外力、變壁厚、低韌性、缺陷等多因素疊加造成管道失效。

3  提升環(huán)焊縫質(zhì)量建議

環(huán)焊縫質(zhì)量風(fēng)險管控作為提升管道本質(zhì)安全的一項系統性工程，是管理和技術(shù)交織的綜合性難題。其最佳技術(shù)控制節點(diǎn)應在建設期，包括優(yōu)化的管道線(xiàn)路設計、規范的焊接工藝實(shí)施、科學(xué)的缺陷接受標準、嚴格的施工質(zhì)量控制等。運行期通過(guò)開(kāi)展環(huán)焊縫質(zhì)量排查治理，消減環(huán)焊縫存量風(fēng)險，以有效降低本體風(fēng)險，保障管道本質(zhì)安全。為此提出以下建議。

（1）優(yōu)化線(xiàn)路設計。

盡量避讓地質(zhì)災害高發(fā)區，減少彎頭、變壁厚口和連頭口等，或采取提前治理、預防等措施減緩對管道本體的影響。對于存在土體位移導致環(huán)焊縫附加應力的風(fēng)險管段，應在GB 50251―2015《輸氣管道工程設計規范》基礎上增加管道軸向應力校核。對于無(wú)法通過(guò)校核的管段，可考慮采用基于應變的設計，選用大應變管道和相應焊材及焊接工藝增加整體管段抗變形的能力。

（2）控制管材強度。

高鋼級管線(xiàn)鋼普遍采用控軋控冷技術(shù)，導致各向異性增加，整體強度偏高，使管道環(huán)焊縫的強度匹配難度增加。國際知名企業(yè)管道標準在A(yíng)PI 5L的基礎上對屈服強度波動(dòng)范圍進(jìn)行了收窄，X65、X70和X80三個(gè)鋼級的收窄范圍均為120 MPa。中俄東線(xiàn)的供貨條件中，也對強度的上限進(jìn)行了限制（屈服強度555 MPa～690 MPa、抗拉強度625 MPa ～780 MPa）。同時(shí)通過(guò)優(yōu)化管線(xiàn)鋼的化學(xué)成分改善環(huán)焊縫韌性。

（3）控制返修工藝。

目前收集的裂紋焊口分析報告顯示30%的裂紋與內返修及內補焊相關(guān)，說(shuō)明環(huán)焊縫返修及補焊過(guò)程可能存在不合規，或返修及補焊工藝有待進(jìn)一步優(yōu)化提升。在兼顧經(jīng)濟性和可操作性的同時(shí)，應重點(diǎn)考慮焊接方法對于環(huán)焊縫質(zhì)量的影響。

（4）推行智能監管。

通過(guò)信息化和工業(yè)化技術(shù)融合，實(shí)現對施工環(huán)節及工序可視化管理、重要施工參數實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理，確保全過(guò)程監管和施工質(zhì)量�；�于數字孿生的環(huán)焊縫工程建設開(kāi)展全流程數據管理，實(shí)現環(huán)焊縫失效發(fā)展預測及風(fēng)險減緩決策。

 

作者簡(jiǎn)介：朱汪友，1978年生，本科畢業(yè)于北京石油化工學(xué)院電氣技術(shù)專(zhuān)業(yè)，碩士畢業(yè)于中國人民大學(xué)工商管理專(zhuān)業(yè)�，F任國家管網(wǎng)集團北方管道有限責任公司黨委委員、副總經(jīng)理。