楊合建 邢曉永

國家管網(wǎng)集團（福建）應急維修公司

摘要：本文針對工業(yè)園區在役管道因軟弱地基和外部載荷變化等多因素造成的屈曲變形，進(jìn)行宏觀(guān)檢測、無(wú)損檢測、理化性能及周邊環(huán)境變化綜合分析，確定屈曲變形產(chǎn)生主要原因，提出隱患治理和風(fēng)險消減措施，為工業(yè)園區內類(lèi)似管道失效分析和本質(zhì)安全管理提供借鑒。

關(guān)鍵詞：屈曲變形；拉伸實(shí)驗；刻槽錘斷；內弧側；外弧側

某天然氣管道設計壓力7.5 MPa，常年運行壓力4 MPa～6 MPa，2006年建成，當時(shí)通過(guò)某區域水田，為淤泥質(zhì)軟基。由于地方經(jīng)濟發(fā)展需要，該區域于2014年規劃建成工業(yè)園區。周邊環(huán)境變化包含工業(yè)園區建筑物、覆土、公路、車(chē)輛動(dòng)載等。該屈曲彎管上游兩側建筑載荷對稱(chēng)擠壓軟基，使彎管上游直管段受到平衡的推力，相當于固支。

2019年6月，在進(jìn)行管線(xiàn)內檢測過(guò)程中，發(fā)現1處約10%變形量的信號嚴重異常點(diǎn)。經(jīng)開(kāi)挖驗證為屈曲變形，位于55°彎頭本體上（水平彎），實(shí)測最大變形量為44.5 mm（11%），同年7月，該變形彎管完成不停輸換管。

1  缺陷管體檢測與分析

為進(jìn)一步明確缺陷成因，結合周邊自然環(huán)境變化，從宏觀(guān)檢測、無(wú)損檢測、理化性能和綜合分析等方面，對缺陷管體進(jìn)行檢測與分析。

1.1  宏觀(guān)檢測

屈曲位于熱煨彎頭外弧側，原環(huán)氧粉末防腐層完全脫落，內弧側防腐層局部脫落，其他未完全脫落的防腐層存在環(huán)向裂紋（圖 1）。熱煨彎頭全長(cháng)約3.4 m，其中彎管長(cháng)約3.2 m，對接直管長(cháng)250 mm，彎曲角27.6°。

在彎管外表面標記軸向等間距分布的環(huán)套，相鄰環(huán)套軸向間隔100 mm。采用直尺投影法測量每個(gè)環(huán)套水平直徑，采用軟尺測量周長(cháng)，并計算圓度，計算證明彎管變形后直徑和圓度出現了不均勻現象，其中屈曲處和下游變形較大，屈曲上游變形較小，計算結果如圖 2所示。

圖 1 熱煨彎頭防腐層形貌

圖 2 彎管圓度變化

采用游標卡尺對屈曲高度和寬度進(jìn)行測量。屈曲環(huán)向分布于外弧側1:00至5:00，最大高度位于3:00，高約28 mm，屈曲軸向寬度約60 mm～80 mm（圖 3）。屈曲寬度沿環(huán)向從中間到兩邊逐漸增大，屈曲高度沿環(huán)向從中間到兩邊逐漸降低。

圖 3 屈曲幾何特征測量

在屈曲部位畫(huà)等距網(wǎng)格，環(huán)向網(wǎng)格線(xiàn)以15分鐘為間隔，軸向網(wǎng)格線(xiàn)以20 mm為間隔（圖 4）。采用超聲波測厚儀對17×15個(gè)點(diǎn)進(jìn)行了壁厚測量，結果見(jiàn)圖 5，與未變形處相比，屈曲處壁厚增大。

圖 4 屈曲處壁厚測量網(wǎng)格

圖 5 屈曲處壁厚云圖

1.2  無(wú)損檢測

依據SY/T 4109―2005《石油天然氣鋼質(zhì)管道無(wú)損檢測》，對熱煨彎頭環(huán)焊縫和屈曲部位進(jìn)行磁粉、超聲檢測和射線(xiàn)檢測，均未發(fā)現超標缺陷。對熱煨彎頭取樣，取樣位置如圖 6所示，進(jìn)行化學(xué)成分、金相組織、力學(xué)性能檢測。檢測表明，直管段、上游環(huán)焊縫、彎管直管段、外弧側、內弧側、屈曲處的力學(xué)性能符合要求。將屈曲處與未屈曲部位的力學(xué)性能進(jìn)行對比，屈曲處材料屈服強度增高，硬度增大，韌性下降，但相關(guān)力學(xué)性能仍高于標準。

圖 6 理化性能取樣示意圖

依據相關(guān)標準對直管段、彎管直段管體和屈曲部位材料進(jìn)行化學(xué)成分分析、氮（N）元素分析和金相組織、晶粒度分析，金相分析取樣，相關(guān)指標均符合標準。環(huán)焊縫金相組織無(wú)異常，屈曲部位的金相組織發(fā)生變形，屈曲部位與非屈曲部位的組織一致，均為PF+B粒+少量P，晶粒度均為10～11級。

2  綜合分析

屈曲彎管周邊公路2010～2011年建成，2013年進(jìn)行的第一次內檢測未發(fā)現屈曲，2014年工業(yè)園區建成，2019年進(jìn)行的第二次內檢測發(fā)現屈曲。在形成彎管屈曲的時(shí)間段內，主要的環(huán)境變化是工業(yè)園區的建設，因此可以判斷，屈曲應是在工業(yè)園區建設過(guò)程中逐步形成。

一般來(lái)說(shuō)，彎管發(fā)生失效的可能影響因素有管段材料性能、管道運行工況變化、下游公路的影響、工業(yè)園區建筑施工影響以及彎管處淤泥質(zhì)軟基等因素。通過(guò)以上分析，彎管本體、環(huán)焊縫及直管段理化性能檢驗結果均滿(mǎn)足相關(guān)標準要求，管段材料性能未發(fā)現異常，該類(lèi)因素可以排除。管道運行工況長(cháng)期低于設計壓力，流速低于10 m/s，滿(mǎn)足管道內氣壓波動(dòng)，管道運行工況變化因素也可以排除。公路建成之后2013年進(jìn)行的第一次內檢測未發(fā)現屈曲變形，車(chē)輛動(dòng)載對下游管道產(chǎn)生的垂直向下載荷不會(huì )造成彎管的實(shí)際屈曲形成，因此，公路建設和車(chē)輛動(dòng)載因素也被排除。

從時(shí)間維度分析，屈曲應是在工業(yè)園區建設過(guò)程中逐步形成的。分析屈曲彎管周邊建筑活動(dòng)情況，建筑施工等載荷擠壓軟基向周?chē)�移�?dòng)，下游管段與2號樓距離最近，受軟基移動(dòng)的影響向遠離2號樓方向偏移，在管系約束情況下，使彎管受到彎矩及軸向載荷作用。因此，2號樓的建設造成彎管屈曲可能性最大。

3  結語(yǔ)

外部載荷擠壓地下軟基可以引起管道局部偏移，偏移過(guò)程中局部應力集中造成管道失效的概率很大。因此，在線(xiàn)路日常巡護過(guò)程中，應加強工業(yè)園區管線(xiàn)地面環(huán)境和建設作業(yè)情況的監測，包括地面沉降、第三方施工等，若發(fā)現異常的環(huán)境變化，應及時(shí)進(jìn)行風(fēng)險分析，采取必要的預防措施。若無(wú)有效措施，也可考慮換管或改線(xiàn)，徹底解決隱患。同時(shí)加強對地質(zhì)情況和彎管應力應變監測，掌握彎管的服役狀態(tài)。對于其他處于軟基中的管道，沿線(xiàn)的建筑工程也會(huì )帶來(lái)類(lèi)似風(fēng)險，應開(kāi)展專(zhuān)項隱患排查，確保管道本質(zhì)安全。

作者簡(jiǎn)介：楊合建，1982年生，本科，國家管網(wǎng)集團（福建）應急維修有限責任公司焊接經(jīng)理，主要從事大型LNG接收站檢維修、應急搶修、長(cháng)輸石油天然氣管道不停輸開(kāi)孔封堵、帶壓焊接、設備設施完整性管理相關(guān)工作。聯(lián)系方式：13799667213，13799667213@139.com。