曹國飛　姜永濤　藺軍偉

西氣東輸管道公司

 

隨著國內高鋼級大口徑輸氣管道的大規模建設，因現場焊接難度增大、缺陷漏檢率增高，在試壓和投產運行初期已發生了多起環焊縫開裂和泄漏事故，其中大部分由焊接缺陷造成。目前，國內環焊縫焊接質量控制水平與國外尚存在一定差距，且國內管道工程建設以半自動焊和手工電弧焊等方法為主，受環境、人員素質等因素影響，環焊縫缺陷可能較多。同時，由于管道組對的應力、地理條件下自然沉降等附加載荷不可避免，環焊縫事故較為頻繁。環焊縫缺陷能否及時檢出、綜合評估是否合適及處置措施是否恰當，已成為影響管道安全運行的重要因素。

1 基本情況

受漏磁檢測技術的限制，輸氣管道漏磁檢測報告的環焊縫異常缺陷都是非定性定量的判斷。雖然能夠報告出環焊縫異常的時鐘方位和環向長度，但不能指出是何種類型的缺陷，所給出的長度也不代表缺陷的尺寸，僅代表所給出的范圍內可能存在有某種類型的缺陷，至于缺陷的類型、尺寸及嚴重程度，則需現場開挖管道后通過合適的無損檢測和評價技術予以確認。鑒于內檢測發現的環焊縫缺陷數量眾多，西氣東輸管道公司要求內檢測單位進行初步篩選、劃分，以方便管道企業有重點、有先后、有步驟地開展開挖檢測，然后視情況安排進一步檢測、評估和修復工作。

某輸氣管道管徑660 mm，系保障華中地區供氣安全的重要聯絡線，于2011年投產。為摸清管道本體缺陷情況，按照法規和國家標準要求，西氣東輸管道公司委托專業管道內檢測單位于2013~2014年完成了漏磁管道內檢測，本次內檢測共計發現環焊縫異常5 559處，劃分類別見表1。

按照環焊縫缺陷嚴重程度分類，西氣東輸管道公司優先選取重度和中度環焊縫缺陷分批、分期組織開展了開挖檢測，經射線、超聲、磁粉等無損檢測發現了諸多不合格缺陷，并開展了適用性評價。按照設計原則，同時考慮管道投產前已經過打壓試驗，認為在設計壓力下平穩運行不至于導致環焊縫缺陷擴展。本文將對兩個實例進行分析。

2 環焊縫缺陷實例分析與處置

2.1無損檢測不合格+滑坡

2.1.1缺陷及評價

在開挖抽查檢測中發現，在某輸氣站進站前400米山坡上的一道環焊縫異常外觀檢查和磁粉檢測合格，但射線檢測評定為Ⅳ級，超聲檢測為Ⅲ級，發現根部未熔合和咬邊缺陷。按照《石油天然氣鋼質管道無損檢測》（SY/T 4109-2013）和《鋼質管道焊接及驗收》（SY/T4103-2006）的分級標準，此環焊縫射線檢測和超聲檢測均不合格。此處管道公稱壁厚為13.7mm，實測平均壁厚為13.45mm，未見明顯減薄。詳細檢測數據見表2。

為評價缺陷嚴重程度，依據API579-2007《服役適用性評價》進行了安全評價，保守起見，將未熔合缺陷等效為裂紋型缺陷進行評價，將缺陷信息規則化如表3。

 

參考現有的管材技術條件和運行工況，其中夏比沖擊功參考Q/SY XQ4-2003《西氣東輸管道工程焊接施工及驗收規范》，取平均值76J，評價參數詳見表4。

X70管線鋼的評估曲線方程如下式：

  其中：Kr= KΙ/K mat 為韌性比；KΙ 為應力強度因子；K mat 為材料的斷裂韌性；Lr=σref /σy 為載荷比；σref 為參比應力；σy 為管材最小要求屈服強度；L r max 為評估曲線的截止線， ；σu 為材料的抗拉強度。

按照前述參數，在10MPa設計壓力下，評價結果顯示，缺陷1距臨界線較遠，缺陷可接受，如圖1所示。

圖1  環焊縫缺陷1評價圖（10MPa內壓）

進一步計算發現，當缺陷長度達到150mm、深度達到6mm時，該缺陷不可接受，如圖2所示。

 

圖2  環焊縫缺陷1安全評定圖（假設缺陷長度150mm、深度6mm）

2.1.2外部環境

該處缺陷處于2米長彎頭與直管段連接的環焊縫上（詳見圖3），位于輸氣站進站前400米的山坡上。輸氣站系削坡整平而建，且山坡周邊有其他建筑同期削坡建設。因坡腳已削平，在夏季豐雨期山體吸水失穩，在管道附近發現多道裂紋，且導致站圍墻邊混凝土排水溝出現扭曲位移、開裂。

發現山體裂紋后，為監測管道受外部應力的變化，在位置示意圖中黃色圓點位置設置了應力監測裝置，并清除了部分表層土方，應急加設了防水和穩固土體的措施。

 

圖3 環焊縫缺陷位置示意圖

2.1.3處置措施

鑒于應力監測裝置系山體滑坡裂紋發現后增設，管道原始應力情況不明，判斷監測裝置增設前管道可能已承受較大外部應力。分析現有應力監測數據發現，管道受力變化率較大，但絕對值不高。因坡腳處于無支撐狀態，且該地區雨水較多，可以判斷山體滑坡處于發育中，管道受力可能持續增大。

根據研究，根部未熔合焊接缺陷造成管道失效所占比例很大，考慮此處環焊縫缺陷正是根部未熔合且外部山體滑坡處于發育的情況，對此處環焊縫缺陷應采取消除滑動坡體、開挖釋放管體應力、防水和坡體錨固等外部環境處置措施，并采取換管措施徹底消除此處安全隱患。

2. 2無損檢測不合格

2.2.1缺陷及評價

在開挖抽查檢測中另發現一處位于非高后果區管段的環焊縫缺陷，超聲檢測評價為Ⅳ級，射線檢測評價為Ⅰ級，磁粉檢測評價和外觀檢查合格。按照分級標準，此環焊縫超聲檢測不合格。此處管道公稱壁厚為11.4mm，實測平均壁厚為11.19 mm，未見明顯減薄。詳細檢測數據見表5。

對此處缺陷同樣進行了安全評價，考慮到30℃的溫差，同時無錯邊、斜接、彈性敷設等引起的軸向彎曲載荷，認為在10MPa設計壓力下，缺陷可接受，不影響管道正常服役,如圖4所示。

 

圖4  環焊縫缺陷2評價圖（10MPa內壓）

2.2.2外部環境

經核實，此環焊縫前后均為直管段，管道順坡敷設，從圖5可以看到，現場地勢平緩，坡度約25°，山體穩定且無較大外部擾動，根據現場情況判斷地質災害風險較小，且處于非高后果區內，人員和建筑物稀少。

 

圖5環焊縫缺陷2現場地勢照片（紅色方框為缺陷位置）

2.2.3處置措施

考慮環焊縫缺陷2的射線檢測評級滿足建設標準和行業標準要求的合格級別，未在高后果區且管道承受外部軸向載荷較小，同時權威機構出具的安全評價結論是此焊縫缺陷可接受，故認為可在當前設計壓力10MPa下繼續服役。但為保障管道安全運行，應開展如下工作：

（1）每年進行一次開挖檢測與評價，連續進行兩年。若連續兩次檢測均未發現該缺陷尺寸擴展或其他嚴重缺陷，則按普通焊縫管理。若發現缺陷尺寸擴展或其他嚴重缺陷，將視安全評價結果并結合外部環境條件研究后進行修復。

（2）做好日常巡護管理和地質災害風險排查，確保第三方施工和地質災害風險受控。

（3）做好管道電位測試與分析工作，發現干擾時，及時采取調整恒電位儀運行參數、修復防腐層破損點或增加排流防護等措施，確保管道電位滿足陰極保護要求。

3 總結

從上述兩個實例的分析中可以看出，對內檢測報告的環焊縫缺陷，即使無損檢測結果同樣為不合格，但仍然應堅持具體問題具體分析的原則，綜合考慮環焊縫是否與彎頭等特殊管件有關，以及是否處于地質災害易發段、是否處于高后果區等敏感管段這些外部環境因素，從而采取針對性的處置措施。具體來說，環焊縫缺陷的分析與處置應遵循以下幾點：  

（1）初步篩選。當內檢測報告的環焊縫缺陷數量較多時，應進行初選分類，有重點地開展開挖檢測，并根據缺陷類型選取合適的無損檢測手段。

（2）開展適用性評價。分析無損檢測結果時應與建設期的劃分標準進行對照，必要時根據檢測結果進行缺陷適用性評價。

（3）分析特定外部環境。應根據安全評價結果并結合管道外部環境，綜合分析管道受力情況、地質災害情況及是否為高后果區等特定地理和社會因素，然后確定處置措施。

（4）采取綜合處置措施。當管道本體及外部環境均較為不利時，應考慮同時采取環焊縫缺陷隱患消除和外部地理環境隱患整改的綜合治理措施，從根本上確保管道安全。

參考文獻：

1. API 579-2007.Fitness for Service[S].

2、SY/T 6477-2014.含缺陷油氣輸送管道剩余強度評價方法[S]. 

作者：曹國飛，1984年生，男，2011年碩士畢業于湖南大學，現就職于西氣東輸管道公司從事管道管理工作。

《管道保護》2017年第1期（總第32期）