曹国飞　姜永涛　蔺军伟

西气东输管道公司

 

随着国内高钢级大口径输气管道的大规模建设，因现场焊接难度增大、缺陷漏检率增高，在试压和投产运行初期已发生了多起环焊缝开裂和泄漏事故，其中大部分由焊接缺陷造成。目前，国内环焊缝焊接质量控制水平与国外尚存在一定差距，且国内管道工程建设以半自动焊和手工电弧焊等方法为主，受环境、人员素质等因素影响，环焊缝缺陷可能较多。同时，由于管道组对的应力、地理条件下自然沉降等附加载荷不可避免，环焊缝事故较为频繁。环焊缝缺陷能否及时检出、综合评估是否合适及处置措施是否恰当，已成为影响管道安全运行的重要因素。

1 基本情况

受漏磁检测技术的限制，输气管道漏磁检测报告的环焊缝异常缺陷都是非定性定量的判断。虽然能够报告出环焊缝异常的时钟方位和环向长度，但不能指出是何种类型的缺陷，所给出的长度也不代表缺陷的尺寸，仅代表所给出的范围内可能存在有某种类型的缺陷，至于缺陷的类型、尺寸及严重程度，则需现场开挖管道后通过合适的无损检测和评价技术予以确认。鉴于内检测发现的环焊缝缺陷数量众多，西气东输管道公司要求内检测单位进行初步筛选、划分，以方便管道企业有重点、有先后、有步骤地开展开挖检测，然后视情况安排进一步检测、评估和修复工作。

某输气管道管径660 mm，系保障华中地区供气安全的重要联络线，于2011年投产。为摸清管道本体缺陷情况，按照法规和国家标准要求，西气东输管道公司委托专业管道内检测单位于2013~2014年完成了漏磁管道内检测，本次内检测共计发现环焊缝异常5 559处，划分类别见表1。

按照环焊缝缺陷严重程度分类，西气东输管道公司优先选取重度和中度环焊缝缺陷分批、分期组织开展了开挖检测，经射线、超声、磁粉等无损检测发现了诸多不合格缺陷，并开展了适用性评价。按照设计原则，同时考虑管道投产前已经过打压试验，认为在设计压力下平稳运行不至于导致环焊缝缺陷扩展。本文将对两个实例进行分析。

2 环焊缝缺陷实例分析与处置

2.1无损检测不合格+滑坡

2.1.1缺陷及评价

在开挖抽查检测中发现，在某输气站进站前400米山坡上的一道环焊缝异常外观检查和磁粉检测合格，但射线检测评定为Ⅳ级，超声检测为Ⅲ级，发现根部未熔合和咬边缺陷。按照《石油天然气钢质管道无损检测》（SY/T 4109-2013）和《钢质管道焊接及验收》（SY/T4103-2006）的分级标准，此环焊缝射线检测和超声检测均不合格。此处管道公称壁厚为13.7mm，实测平均壁厚为13.45mm，未见明显减薄。详细检测数据见表2。

为评价缺陷严重程度，依据API579-2007《服役适用性评价》进行了安全评价，保守起见，将未熔合缺陷等效为裂纹型缺陷进行评价，将缺陷信息规则化如表3。

 

参考现有的管材技术条件和运行工况，其中夏比冲击功参考Q/SY XQ4-2003《西气东输管道工程焊接施工及验收规范》，取平均值76J，评价参数详见表4。

X70管线钢的评估曲线方程如下式：

  其中：Kr= KΙ/K mat 为韧性比；KΙ 为应力强度因子；K mat 为材料的断裂韧性；Lr=σref /σy 为载荷比；σref 为参比应力；σy 为管材最小要求屈服强度；L r max 为评估曲线的截止线， ；σu 为材料的抗拉强度。

按照前述参数，在10MPa设计压力下，评价结果显示，缺陷1距临界线较远，缺陷可接受，如图1所示。

图1  环焊缝缺陷1评价图（10MPa内压）

进一步计算发现，当缺陷长度达到150mm、深度达到6mm时，该缺陷不可接受，如图2所示。

 

图2  环焊缝缺陷1安全评定图（假设缺陷长度150mm、深度6mm）

2.1.2外部环境

该处缺陷处于2米长弯头与直管段连接的环焊缝上（详见图3），位于输气站进站前400米的山坡上。输气站系削坡整平而建，且山坡周边有其他建筑同期削坡建设。因坡脚已削平，在夏季丰雨期山体吸水失稳，在管道附近发现多道裂纹，且导致站围墙边混凝土排水沟出现扭曲位移、开裂。

发现山体裂纹后，为监测管道受外部应力的变化，在位置示意图中黄色圆点位置设置了应力监测装置，并清除了部分表层土方，应急加设了防水和稳固土体的措施。

 

图3 环焊缝缺陷位置示意图

2.1.3处置措施

鉴于应力监测装置系山体滑坡裂纹发现后增设，管道原始应力情况不明，判断监测装置增设前管道可能已承受较大外部应力。分析现有应力监测数据发现，管道受力变化率较大，但绝对值不高。因坡脚处于无支撑状态，且该地区雨水较多，可以判断山体滑坡处于发育中，管道受力可能持续增大。

根据研究，根部未熔合焊接缺陷造成管道失效所占比例很大，考虑此处环焊缝缺陷正是根部未熔合且外部山体滑坡处于发育的情况，对此处环焊缝缺陷应采取消除滑动坡体、开挖释放管体应力、防水和坡体锚固等外部环境处置措施，并采取换管措施彻底消除此处安全隐患。

2. 2无损检测不合格

2.2.1缺陷及评价

在开挖抽查检测中另发现一处位于非高后果区管段的环焊缝缺陷，超声检测评价为Ⅳ级，射线检测评价为Ⅰ级，磁粉检测评价和外观检查合格。按照分级标准，此环焊缝超声检测不合格。此处管道公称壁厚为11.4mm，实测平均壁厚为11.19 mm，未见明显减薄。详细检测数据见表5。

对此处缺陷同样进行了安全评价，考虑到30℃的温差，同时无错边、斜接、弹性敷设等引起的轴向弯曲载荷，认为在10MPa设计压力下，缺陷可接受，不影响管道正常服役,如图4所示。

 

图4  环焊缝缺陷2评价图（10MPa内压）

2.2.2外部环境

经核实，此环焊缝前后均为直管段，管道顺坡敷设，从图5可以看到，现场地势平缓，坡度约25°，山体稳定且无较大外部扰动，根据现场情况判断地质灾害风险较小，且处于非高后果区内，人员和建筑物稀少。

 

图5环焊缝缺陷2现场地势照片（红色方框为缺陷位置）

2.2.3处置措施

考虑环焊缝缺陷2的射线检测评级满足建设标准和行业标准要求的合格级别，未在高后果区且管道承受外部轴向载荷较小，同时权威机构出具的安全评价结论是此焊缝缺陷可接受，故认为可在当前设计压力10MPa下继续服役。但为保障管道安全运行，应开展如下工作：

（1）每年进行一次开挖检测与评价，连续进行两年。若连续两次检测均未发现该缺陷尺寸扩展或其他严重缺陷，则按普通焊缝管理。若发现缺陷尺寸扩展或其他严重缺陷，将视安全评价结果并结合外部环境条件研究后进行修复。

（2）做好日常巡护管理和地质灾害风险排查，确保第三方施工和地质灾害风险受控。

（3）做好管道电位测试与分析工作，发现干扰时，及时采取调整恒电位仪运行参数、修复防腐层破损点或增加排流防护等措施，确保管道电位满足阴极保护要求。

3 总结

从上述两个实例的分析中可以看出，对内检测报告的环焊缝缺陷，即使无损检测结果同样为不合格，但仍然应坚持具体问题具体分析的原则，综合考虑环焊缝是否与弯头等特殊管件有关，以及是否处于地质灾害易发段、是否处于高后果区等敏感管段这些外部环境因素，从而采取针对性的处置措施。具体来说，环焊缝缺陷的分析与处置应遵循以下几点：  

（1）初步筛选。当内检测报告的环焊缝缺陷数量较多时，应进行初选分类，有重点地开展开挖检测，并根据缺陷类型选取合适的无损检测手段。

（2）开展适用性评价。分析无损检测结果时应与建设期的划分标准进行对照，必要时根据检测结果进行缺陷适用性评价。

（3）分析特定外部环境。应根据安全评价结果并结合管道外部环境，综合分析管道受力情况、地质灾害情况及是否为高后果区等特定地理和社会因素，然后确定处置措施。

（4）采取综合处置措施。当管道本体及外部环境均较为不利时，应考虑同时采取环焊缝缺陷隐患消除和外部地理环境隐患整改的综合治理措施，从根本上确保管道安全。

参考文献：

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

2、SY/T 6477-2014.含缺陷油气输送管道剩余强度评价方法[S]. 

作者：曹国飞，1984年生，男，2011年硕士毕业于湖南大学，现就职于西气东输管道公司从事管道管理工作。

《管道保护》2017年第1期（总第32期）