楊合建 邢曉永

國家管網集團（福建）應急維修公司

摘要：本文針對工業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，進行宏觀檢測、無損檢測、理化性能及周邊環境變化綜合分析，確定屈曲變形產生主要原因，提出隱患治理和風險消減措施，為工業園區內類似管道失效分析和本質安全管理提供借鑒。

關鍵詞：屈曲變形；拉伸實驗；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，當時通過某區域水田，為淤泥質軟基。由于地方經濟發展需要，該區域于2014年規劃建成工業園區。周邊環境變化包含工業園區建筑物、覆土、公路、車輛動載等。該屈曲彎管上游兩側建筑載荷對稱擠壓軟基，使彎管上游直管段受到平衡的推力，相當于固支。

2019年6月，在進行管線內檢測過程中，發現1處約10%變形量的信號嚴重異常點。經開挖驗證為屈曲變形，位于55°彎頭本體上（水平彎），實測最大變形量為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

為進一步明確缺陷成因，結合周邊自然環境變化，從宏觀檢測、無損檢測、理化性能和綜合分析等方面，對缺陷管體進行檢測與分析。

1.1  宏觀檢測

屈曲位于熱煨彎頭外弧側，原環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向裂紋（圖 1）。熱煨彎頭全長約3.4 m，其中彎管長約3.2 m，對接直管長250 mm，彎曲角27.6°。

在彎管外表面標記軸向等間距分布的環套，相鄰環套軸向間隔100 mm。采用直尺投影法測量每個環套水平直徑，采用軟尺測量周長，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行測量。屈曲環向分布于外弧側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）。屈曲寬度沿環向從中間到兩邊逐漸增大，屈曲高度沿環向從中間到兩邊逐漸降低。

圖 3 屈曲幾何特征測量

在屈曲部位畫等距網格，環向網格線以15分鐘為間隔，軸向網格線以20 mm為間隔（圖 4）。采用超聲波測厚儀對17×15個點進行了壁厚測量，結果見圖 5，與未變形處相比，屈曲處壁厚增大。

圖 4 屈曲處壁厚測量網格

圖 5 屈曲處壁厚云圖

1.2  無損檢測

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

圖 6 理化性能取樣示意圖

依據相關標準對直管段、彎管直段管體和屈曲部位材料進行化學成分分析、氮（N）元素分析和金相組織、晶粒度分析，金相分析取樣，相關指標均符合標準。環焊縫金相組織無異常，屈曲部位的金相組織發生變形，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年進行的第一次內檢測未發現屈曲，2014年工業園區建成，2019年進行的第二次內檢測發現屈曲。在形成彎管屈曲的時間段內，主要的環境變化是工業園區的建設，因此可以判斷，屈曲應是在工業園區建設過程中逐步形成。

一般來說，彎管發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、工業園區建筑施工影響以及彎管處淤泥質軟基等因素。通過以上分析，彎管本體、環焊縫及直管段理化性能檢驗結果均滿足相關標準要求，管段材料性能未發現異常，該類因素可以排除。管道運行工況長期低于設計壓力，流速低于10 m/s，滿足管道內氣壓波動，管道運行工況變化因素也可以排除。公路建成之后2013年進行的第一次內檢測未發現屈曲變形，車輛動載對下游管道產生的垂直向下載荷不會造成彎管的實際屈曲形成，因此，公路建設和車輛動載因素也被排除。

從時間維度分析，屈曲應是在工業園區建設過程中逐步形成的。分析屈曲彎管周邊建筑活動情況，建筑施工等載荷擠壓軟基向周圍移動，下游管段與2號樓距離最近，受軟基移動的影響向遠離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

外部載荷擠壓地下軟基可以引起管道局部偏移，偏移過程中局部應力集中造成管道失效的概率很大。因此，在線路日常巡護過程中，應加強工業園區管線地面環境和建設作業情況的監測，包括地面沉降、第三方施工等，若發現異常的環境變化，應及時進行風險分析，采取必要的預防措施。若無有效措施，也可考慮換管或改線，徹底解決隱患。同時加強對地質情況和彎管應力應變監測，掌握彎管的服役狀態。對于其他處于軟基中的管道，沿線的建筑工程也會帶來類似風險，應開展專項隱患排查，確保管道本質安全。

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