高鋼級管道環(huán)焊縫缺陷修復探討

杜青森

摘要：環(huán)焊縫缺陷易引起油氣輸送管道失效，嚴重影響著油氣資源的正常輸送，還會對沿線居民帶來安全威脅。本文先對環(huán)焊縫失效模式及原因、油氣輸送管道和站場環(huán)焊縫問題進行分析，再進行國內(nèi)外環(huán)焊縫缺陷修復標準研究，可供相關人員參考。

關鍵詞：油氣輸送管道;高鋼級管道;環(huán)焊縫缺陷;修復技術

1引言

近年來，油氣輸送高級鋼管道環(huán)焊縫缺陷導致管道失效事故較多，對管道環(huán)焊縫失效模式和機理進行研究，對比國內(nèi)外標準對環(huán)焊縫修復差進行分析，采取應對環(huán)焊縫缺陷的修復技術，確保油氣輸送管道正常運行。

2環(huán)焊縫失效模式及原因

結合油氣管道服役環(huán)境與條件，失效模式主要有斷裂、變形、表面損傷、爆炸四種類型。對高級鋼管道環(huán)焊縫缺陷引起8起失效事故進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)管道環(huán)焊縫起裂位置在6點或12點位置附近有6例，占75%，均是由于環(huán)焊縫內(nèi)壁起裂引起，有5起焊口存在補焊或返修焊接痕跡，有4起事故提供原始底片評級，級別為Ⅱ級。對斷裂原因進行分析，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部原因引起事故的為7例，占87.5%，6例由于焊接缺陷引起事故出現(xiàn)在試壓或投產(chǎn);外部因素引起事故為1例 ，事故出現(xiàn)在運行階段。有4例為焊接根部未熔合，這是由于焊接坡口沒有進行徹底清潔，焊接速度沒有控制好引起的。所以，油氣輸送高級鋼管道環(huán)焊縫主要失效模式為斷裂，是進行管道施工時沒有控制好焊接質量，存在焊接缺陷引起的失效，同時，投產(chǎn)運行形成的附加載荷也會引起環(huán)焊縫失效。

3油氣輸送管道環(huán)焊縫問題分析

對油氣輸送采用的高級鋼管道環(huán)焊縫失效問題進行深度分析，采用管道漏磁內(nèi)檢測技術確定在役油氣支干線環(huán)焊縫異常點，再進行開挖驗證后進行統(tǒng)計分析，1#輸氣支干線管道鋼級為X52-X80，共對52道焊口進行檢測，2#輸氣管線鋼級為X52-X70，共檢測167道焊口。采用射線、超聲和磁粉等檢測手段，物業(yè)人據(jù)相關施工和檢測規(guī)范進行對比。1#油氣輸送管線52道環(huán)焊縫有32道不合格，占比為62%，缺陷主要有夾渣、錯邊、未焊透、咬邊等。2#輸氣管線167道焊口中存在21道不合格，占比為13%，主要缺陷有圓形缺陷、未焊透、裂張亮、條狀夾渣、超聲缺陷等，超聲缺陷和條形夾渣占比較高，為高級鋼管道環(huán)焊縫常見缺陷，同時，還存在錯邊、咬邊等外觀幾何缺陷，多以缺陷疊加方式出現(xiàn)。根據(jù)缺陷對管道危害性大小歸為如下兩類：第一類為裂紋、條件夾渣、未熔合、氣孔等，第二類為錯邊、咬邊、未填滿等。環(huán)焊縫根部未熔合缺陷為最為嚴重的缺陷，會形成管道內(nèi)壁微裂紋，導致起裂并擴展而產(chǎn)生斷裂失效。同時，如果管道焊接電流過大，填充層數(shù)沒有達到要求也會使焊縫沖擊韌性降低，也是環(huán)焊縫出現(xiàn)斷裂失效的關鍵原因，這就要求確保焊接質量達到設計要求，注重返修焊接、死口焊縫的焊接質量檢測。

4油氣站場設施的環(huán)焊縫問題

站場是油氣輸入和輸出的場所，可以完成輸送和分配任務，站場管道環(huán)焊縫失效事故也比較多。與油氣長輸管道對接環(huán)焊縫有所不同，站場管道對接環(huán)境縫存在不同材質、壁厚、結構搭配等方面的差異，而站場出現(xiàn)爆炸會對工作人員、生產(chǎn)設施造成嚴重威脅，具有更高的危險性，這就需要對環(huán)焊縫失效機理和修復技術進行研究。

站場的彎頭、管帽、法蘭等材質多采用Q235-A等，而對接管段多為L245、X52等材質。同時，比較對接材質屈服強度可以發(fā)現(xiàn)，異徑三通和直管段材質存在很大差異，例如WPHY-70與L245、WPHY-80與L415MB材料的對接。不等壁厚對接是由于輸送管線與站場設計沒有進行結合，例如西氣東輸二線與部分站場位置異徑三通和直管段壁厚會相差一倍。因此，站場對接環(huán)焊縫問題更加復雜，存在不同材質、不同壁厚和結構搭配大等特點。

5國內(nèi)外環(huán)焊縫缺陷修復標準分析

歐美國家管道修復多為綜合性標準，針對環(huán)焊縫缺陷提出推薦性修復方法，例如API 570、API 1160、PRCI《管道修復手冊》等，BP、Gazprom等一些國際管道公司對油氣輸送管道進行修復應用時，多會按照PRCI《管道修復手冊》，該手冊對環(huán)焊縫缺陷修復提供判定依據(jù)，當環(huán)焊縫缺陷沒有引起管道泄漏，在管道實際運行時可采用適用性評價來確定服役完整性。在進行實際修復時，可采用推薦的打磨、堆焊、B型套筒等方法，環(huán)焊縫外表面較小缺陷可進行打磨、打磨+堆焊進行修復，進行打磨操作前采用超聲檢測，查看焊縫根部或內(nèi)部是否存在缺陷。如果存在嚴重外部裂紋或內(nèi)缺陷，需要采用B型套筒或螺栓緊固夾具。如果缺陷周長大于管周長 ，或軸向應力高，可優(yōu)先采用B型套筒修復，這是由于該方法可以消除缺陷軸向應力。而在環(huán)焊縫上應用B型套筒可采用凸式套筒結構，端部可以與管體進行更為緊密的配合，有利于采用角焊技術進行焊接。環(huán)焊縫也可以采用螺栓緊固夾具，可實現(xiàn)軸向載荷的傳遞，具有更為完整的密封結構。管道環(huán)焊縫缺陷修復多用于X70及以下鋼級，X80及以上還沒有制定出相應標準。

國內(nèi)針對管道環(huán)焊縫缺陷修復制定的標準主要為GB 32167-2015、Q/SY 1592-2013、Q/SY GD 1033-2014，提出環(huán)焊縫缺陷修復可采用打磨、螺栓緊固平具、B型套筒、換管等技術，環(huán)焊縫表面缺陷可采用打磨修復，但對缺陷由于不同標準間存在差異，還沒有對修復方法進行統(tǒng)一。Q/SY 1592-2013規(guī)定內(nèi)容推薦以復合材料進行修復，但Q/SY GD 1033-2014推薦B型套筒進行修復，而GB 32167-2015卻推薦堆焊、B型套筒等進行修復。我國還沒有針對管道環(huán)焊縫缺陷修復形成統(tǒng)一標準，不同企業(yè)間制定的標準推薦的修復方法差異較大，同時，由于X80高鋼級管道生產(chǎn)與應用，焊接修復采用的材質與管道材質屈服強度差異變得更大，這就給焊接和修復帶來更多的困能放，這就要求盡快進行全尺寸修復模擬試驗，對多種修復方法過行驗證。

6結語

綜上所述，隨著X70及以上高鋼級管道生產(chǎn)與應用，油氣輸送管道和站場環(huán)焊縫修復與檢測已經(jīng)成為亟需解決的問題，應該從環(huán)焊縫缺陷修復與保證安全服役提供技術支持。對于油氣輸送管道環(huán)焊縫存在的問題 ，由于標準推存修復方法存在較大差異，應該進行B型套筒、復合材料修復后環(huán)焊縫全尺寸可靠性驗證，對兩種修復方法后的管道承壓能力、修復區(qū)域對管道理化性能的影響展開全面分析。根據(jù)油氣站場環(huán)焊縫特點，應該對站場環(huán)焊縫失效問題進行調研，開展對接環(huán)焊失效模式、韌性分布規(guī)律等方面的研究，探索環(huán)焊縫失效機理，制定出有效的管控措施，為站場設施修復與維護提供技術支持。

參考文獻：

[1]王正卿，耿立平，劉小峰，左自學，陳燕才，蔡曉明.長輸管道可疑環(huán)焊縫的排查方法[J].焊接技術，2021，50（11）：91-94.

[2]何光華，王曉峰.雙金屬復合海底管道環(huán)焊縫坡口開發(fā)技術[J].船海工程，2021，50（05）：47-50.

[3]徐生東，姚歡，張建曉，戴敬東.管道環(huán)焊縫典型缺陷的3種無損檢測方法對比分析[J].石油管材與儀器，2021，7（04）：91-95.

[4]許志軍，儲玲玉，鮑慶河，李鑫，徐杰.X60鋼管道環(huán)焊縫含氣孔缺陷應力有限元分析[J/OL].熱加工工藝：1-6[2021-12-11].

[5]余東亮，楊川，吳東容，王愛玲，黃輝，賈彬，張豫.X80管道環(huán)焊縫缺陷鋼質環(huán)氧套筒補強試驗[J].油氣儲運，2021，40（09）：997-1007.