朱汪友

國家管網(wǎng)集團(tuán)北方管道公司

保證環(huán)焊縫質(zhì)量是實(shí)現(xiàn)油氣管道本質(zhì)安全的關(guān)鍵。近年來北方管道公司通過全面開展環(huán)焊縫質(zhì)量排查，基本摸清了當(dāng)前認(rèn)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，通過對問題焊縫的集中治理，消除了存量隱患風(fēng)險(xiǎn)，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(jié)果，需要作為系統(tǒng)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(fù)雜性，為充分識別風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)評估等方面排查失效原因。見圖 1�？茖W(xué)精準(zhǔn)制定開挖原則和計(jì)劃，提高開挖的準(zhǔn)確率，節(jié)約開挖成本。

（2）排查內(nèi)容。

缺陷排查。依據(jù)無損檢測標(biāo)準(zhǔn)，對環(huán)焊縫射線底片進(jìn)行復(fù)核，找出未被識別的缺陷，分析質(zhì)量隱患，對缺陷嚴(yán)重焊口現(xiàn)場開挖驗(yàn)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(jié)合環(huán)焊縫異常開挖驗(yàn)證數(shù)據(jù)，制定環(huán)焊縫異常缺陷信號復(fù)核分級規(guī)則，基于信號特征的形貌、強(qiáng)度、位置等信息，對環(huán)焊縫缺陷進(jìn)行分級識別。見圖 2。

圖 2 內(nèi)檢測信號復(fù)核圖

載荷排查。按照GB/T 34346―2017《基于風(fēng)險(xiǎn)的油氣管道安全隱患分級導(dǎo)則》、SY/T 6828―2017《油氣管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)規(guī)范》、DZ/T 0284―2015《地質(zhì)災(zāi)害排查規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)，對管道沿線地災(zāi)狀況、軟弱地基和人工擾動(dòng)等進(jìn)行排查，查找可能導(dǎo)致管道失效的災(zāi)害點(diǎn)。根據(jù)排查結(jié)果采取相應(yīng)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(yùn)行安全。見圖 3。

圖 3 地災(zāi)監(jiān)測截圖

材料性能排查。通過對焊接工藝進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)環(huán)焊縫在焊接過程中預(yù)熱溫度、焊接接頭、焊絲型號等是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)而推斷不同環(huán)焊縫材料性能相對質(zhì)量狀況。

管理問題排查。檢查與焊口相關(guān)的竣工資料和內(nèi)檢測資料，排查施工記錄、監(jiān)理記錄、無損檢測報(bào)告的符合性和一致性，上溯施工管理問題。如果環(huán)焊縫查不到對應(yīng)的施工記錄、檢測報(bào)告和射線底片，需對其進(jìn)行開挖檢測。對存在較多不合格焊口和修復(fù)焊口的施工隊(duì)伍，要加大其焊口開挖量。

綜合風(fēng)險(xiǎn)評估。借鑒完整性管理思路，開展環(huán)焊縫專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評估，綜合考慮和評價(jià)各類風(fēng)險(xiǎn)因素導(dǎo)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(xiǎn)環(huán)焊縫，用于指導(dǎo)現(xiàn)場開挖驗(yàn)證和處置工作。見圖 4。

（3）開挖驗(yàn)證。

對開挖結(jié)果統(tǒng)計(jì)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(shù)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(fù)比例最高。見圖 5。主要原因?yàn)閺澒茏儽诤窨谙噍^于其他類型焊口焊接過程難度更大，容易產(chǎn)生氣孔、未熔合、裂紋等缺陷，以及留存殘余應(yīng)力。

圖 5 各類型焊口不合格分布

隨著持續(xù)開展環(huán)焊縫排查和開挖驗(yàn)證，焊口的不合格率和需修復(fù)率逐年下降，說明在役管道環(huán)焊縫存量風(fēng)險(xiǎn)整體降低。

2  對環(huán)焊縫缺陷的認(rèn)知

環(huán)焊縫缺陷是引發(fā)事故的基礎(chǔ)致因。材料性能不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致抵抗開裂的能力降低，管道附加應(yīng)力是引發(fā)事故的外部因素。

（1）從管道設(shè)計(jì)及力學(xué)角度分析，無外載時(shí)管道本身軸向受力較小。超設(shè)計(jì)軸向載荷過大時(shí)，即使性能達(dá)標(biāo)也會(huì)產(chǎn)生失效。許多案例表明，環(huán)焊縫性能合格且無缺陷時(shí)，附加載荷也會(huì)導(dǎo)致其延性拉伸失效。

（2）對于應(yīng)變能力較低的環(huán)焊縫，即使無缺陷也可能由于應(yīng)變積累導(dǎo)致韌性斷裂。體積型缺陷往往不會(huì)導(dǎo)致焊縫開裂。即使存在穿透型缺陷，在附加載荷較小且韌性達(dá)標(biāo)時(shí)不會(huì)發(fā)生開裂。預(yù)制缺陷爆破試驗(yàn)證明，較嚴(yán)重的焊縫缺陷也能承受設(shè)計(jì)條件甚至一定的外載。

（3）長距離露管（懸空）案例說明，在材料及焊縫力學(xué)性能達(dá)標(biāo)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(xiàn)場開挖發(fā)現(xiàn)，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(xiǎn)管控作為提升管道本質(zhì)安全的一項(xiàng)系統(tǒng)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(jié)點(diǎn)應(yīng)在建設(shè)期，包括優(yōu)化的管道線路設(shè)計(jì)、規(guī)范的焊接工藝實(shí)施、科學(xué)的缺陷接受標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)格的施工質(zhì)量控制等。運(yùn)行期通過開展環(huán)焊縫質(zhì)量排查治理，消減環(huán)焊縫存量風(fēng)險(xiǎn)，以有效降低本體風(fēng)險(xiǎn)，保障管道本質(zhì)安全。為此提出以下建議。

（1）優(yōu)化線路設(shè)計(jì)。

盡量避讓地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)區(qū)，減少彎頭、變壁厚口和連頭口等，或采取提前治理、預(yù)防等措施減緩對管道本體的影響。對于存在土體位移導(dǎo)致環(huán)焊縫附加應(yīng)力的風(fēng)險(xiǎn)管段，應(yīng)在GB 50251―2015《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》基礎(chǔ)上增加管道軸向應(yīng)力校核。對于無法通過校核的管段，可考慮采用基于應(yīng)變的設(shè)計(jì)，選用大應(yīng)變管道和相應(yīng)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(qiáng)度。

高鋼級管線鋼普遍采用控軋控冷技術(shù)，導(dǎo)致各向異性增加，整體強(qiáng)度偏高，使管道環(huán)焊縫的強(qiáng)度匹配難度增加。國際知名企業(yè)管道標(biāo)準(zhǔn)在API 5L的基礎(chǔ)上對屈服強(qiáng)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。中俄東線的供貨條件中，也對強(qiáng)度的上限進(jìn)行了限制（屈服強(qiáng)度555 MPa～690 MPa、抗拉強(qiáng)度625 MPa ～780 MPa）。同時(shí)通過優(yōu)化管線鋼的化學(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(bào)告顯示30%的裂紋與內(nèi)返修及內(nèi)補(bǔ)焊相關(guān)，說明環(huán)焊縫返修及補(bǔ)焊過程可能存在不合規(guī)，或返修及補(bǔ)焊工藝有待進(jìn)一步優(yōu)化提升。在兼顧經(jīng)濟(jì)性和可操作性的同時(shí)，應(yīng)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(jiān)管。

通過信息化和工業(yè)化技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)對施工環(huán)節(jié)及工序可視化管理、重要施工參數(shù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理，確保全過程監(jiān)管和施工質(zhì)量�；�于數(shù)字孿生的環(huán)焊縫工程建設(shè)開展全流程數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)環(huán)焊縫失效發(fā)展預(yù)測及風(fēng)險(xiǎn)減緩決策。

作者簡介：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)專業(yè)，碩士畢業(yè)于中國人民大學(xué)工商管理專業(yè)。現(xiàn)任國家管網(wǎng)集團(tuán)北方管道有限責(zé)任公司黨委委員、副總經(jīng)理。