長輸管道機械損傷可接受標準探討

周亞單 應 未 徐若語 祁慶芳 蔣玉卓 許小龍

（1. 浙江浙能天然氣管網(wǎng)有限公司，浙江 杭州 310000；2. 中油國際管道公司中緬油氣管道項目木姐管理處，北京 100029；3. 中油國際管道有限公司，北京 100029；4. 中國石油青海油田分公司管道處，青海 格爾木 816000；5. 廊坊中油朗威工程項目管理有限公司，河北 廊坊 065000）

0 引言

管道在制造、運輸、施工和運行階段與外界物體接觸或碰撞，造成劃傷、劃痕和凹陷等機械損傷，例如土工機械、挖掘機或者第三方施工破壞損傷。機械損傷對管道結構強度和完整性影響極大，具有金屬損失、管壁變形和立即失效等特征，是導致管道泄漏和斷裂失效事故的重要原因。2009年12月蘭鄭長成品油管道因第三方施工發(fā)生柴油泄漏，約1500m3柴油流入黃河造成嚴重污染[1]。建立管道機械損傷評價體系和修復策略是完整性管理的重要內容。本文收集了中國、美國、加拿大、俄羅斯管道設計施工標準，闡述了國內外管道行業(yè)在機械損傷評估認定的實踐經(jīng)驗和做法。綜合考慮制管水平、管材試驗方法、內檢測技術和凹陷修復工作量等因素，提出了針對大口徑、高鋼級管道提高機械損傷可接受標準的建議。系統(tǒng)開展管道機械損傷研究工作，可提高管道工程建設質量，有效降低管道運行風險。

1 國內外管道設計施工標準

國家標準GB 50251-2015《輸氣管道工程設計規(guī)范》規(guī)定：

（1）鋼管在運輸、安裝或修理中造成壁厚減薄，管壁上任一點厚度不應小于鋼管壁厚的90%；

（2）鑿痕、槽痕及電弧燒痕應打磨并圓滑過渡，打磨后管壁厚度小于鋼管壁厚的90%，應將管子受損部分整段切除，不得嵌補；

（3）在縱向或環(huán)向焊縫處影響鋼管曲率的凹痕均應去除。其他部位凹痕深度，鋼管公稱直徑小于300mm，不應大于6mm；鋼管公稱直徑＞300mm，不應大于鋼管公稱直徑的2%。凹痕深度不符合要求，應將管受損部分整段切除，不得嵌補或將凹痕敲臌。

國家標準GB/T 9711-2017《石油天然氣工業(yè) 管線輸送系統(tǒng)用鋼管》規(guī)定：

（1）深度小于0.125t、深度大于0.125t且未影響最小允許壁厚的缺欠可采用修磨方法修整；

（2）影響最小允許壁厚的缺欠。鋼管長度符合要求應切除存在缺陷管段，或拒收整根鋼管。

美國標準ASME B31.8-2017《氣體輸送和配送管道系統(tǒng)》規(guī)定

（1）鑿痕或槽痕應打磨光滑去除。如打磨后管壁厚度不滿足最小允許壁厚，應將損傷管段切除，禁止采用嵌補；

（2）凹坑如存在應力集中點，應將受損管段整段切除。在管道縱向和環(huán)向焊縫處影響管段曲率的凹坑應去除。運行壓力產(chǎn)生環(huán)向應力大于40%SMYS的管道，管徑小于300mm，凹坑深度小于6mm；管徑大于300mm，禁止凹坑深度超過管徑2%。除去凹坑應將管子受損部分整段切除。禁止嵌補或將凹坑敲出。

加拿大標準CSA Z662-2013《油氣管道系統(tǒng)》規(guī)定：

（1）管道運輸、安裝和維修不得使任一點壁厚減至管道設計壓力下壁厚的90%；

（2）考慮未來內檢測器通過性，應將凹痕限制在管道外徑的2%；

（3）如凹痕存在應力集中點，或在焊縫處凹痕深度大于6mm，應將管道受損部分整段切除，或者更換新管。

俄羅斯標準BCH 012-1988《干線管道施工 質量控制檢查和驗收》規(guī)定管道表面上劃傷、劃痕和擦傷的深度不超過0.2mm；在管體和管端上沒有壓痕；在受到腐蝕的位置上，管道壁厚沒有超出允許公差的范圍。

俄羅斯標準РД 558-1997《天然氣管道維修修復作業(yè)用焊管工藝指導性文件》規(guī)定在管材上深度超過0.2mm，但不超過壁厚5%的劃傷、劃痕和擦傷可通過打磨方法清除，應保證管材壁厚不應超出技術條件規(guī)定的公差極限值。

俄羅斯標準KTH-114-2007《干線石油管道 建筑安裝工程施工和驗收規(guī)范》規(guī)定凹痕修復，在標準瞬態(tài)抗拉強度在539兆帕（55千克力/平方毫米）的鋼管上，允許使用無沖擊松簧器對管子兩端上的深度為標稱外徑的3.5%以內的平滑凹痕進行矯正，當環(huán)境氣溫為零度以上時，不需加熱；當環(huán)境氣溫為零度以下時，需要對管子金屬進行局部加熱至（50～100）℃的溫度。在標準瞬態(tài)抗拉強度為539兆帕及以上的絕緣鋼管上，不允許進行矯正。

國內外管道缺陷可接受標準對比分析，得出結論：

（1）針對管道缺陷及允許壁厚，國標GB50251規(guī)定缺陷深度不超過管道壁厚10%，國標GB/T 9711缺陷深度不超過管道壁厚12.5%。俄羅斯標準РД 558-97規(guī)定管材上深度超過0.2mm，但和擦傷的最大允許深度不超過壁厚5%。在保證制管水平方面，針對劃傷、劃痕等管材制造缺陷，俄羅斯標準更嚴格于我國標準；

（2）中國和歐美標準關于凹陷缺陷評價標準一致，即凹坑缺陷不超過6mm或者管徑2%，存在應力集中、位于焊縫和影響管徑曲率的凹坑應切除。俄羅斯標準允許對不超過管徑3.5%的凹痕進行校正。針對管道建設施工期間的凹痕缺陷，俄羅斯標準相對我國標準較寬松。

2 國外管道行業(yè)缺陷判定實踐做法

俄羅斯Petrofac石油公司主要考慮壓痕缺陷接受標準，管道缺陷范圍應保證清管器/內檢測器順利通過，不應超過管徑橫截面的8%。管道劃傷應在管道投入運行前進行修復。俄羅斯Rosneft公司對存在腐蝕缺陷、細小裂紋的管道采取磨削方法；磨削最大深度不應超過管壁厚度的20%；針對磨削管段采用外觀檢查、磁粉檢查或彩色探傷儀檢查。

俄羅斯Gazprom公司針對大口徑管道的缺陷可接受標準是，為保證阻礙清管器/檢測器正常通過，凹痕不應超過管徑橫截面的10%。劃痕應進行現(xiàn)場維修，且對受損段進行隔離限制使用。針對天然氣管道的可接受標準是：

（1）單獨或相互作用的表面缺陷（除應力腐蝕缺陷）。缺陷深度超過管壁厚度50%，或者焊縫缺陷且深度超過管壁厚度的20%；

（2）單獨或相互作用的應力腐蝕缺陷。缺陷深度超過管壁厚度20%；

（3）凹痕。凹痕深度超過管徑的3%；凹痕位于地區(qū)等級為B類的管段；與焊縫相關的凹痕且深度超過管徑的2%；凹痕附近150mm范圍內存在裂紋、劃痕、腐蝕等缺陷；凹痕邊緣與管道表面連接粗糙，有斷裂跡象。

Shell公司根據(jù)內檢測數(shù)據(jù)評估管道缺陷，采用英國天然氣管道協(xié)會關于管道缺陷可接受標準的研究成果，認為小于管徑8%的淺凹痕（可能達到24%）對于管道破裂強度幾乎沒有影響。在不考慮內部壓力膨脹影響下，小于管徑7%的淺凹痕是可接受的?？紤]凹痕深度的安全系數(shù)，更為可靠的建議是10%。

國外石油公司在缺陷可接受標準較為寬松，俄羅斯Gazprom公司凹痕不應超過管徑橫截面的10%，天然氣管道凹痕深度不超過超過管徑的3%；Shell公司將凹痕深度小于管徑8%～10%，遠高于國內標準中凹坑缺陷不超過管徑2%。此外，國外石油公司以凹陷不影響清管器/內檢測器運行也作為凹陷評價的重要依據(jù)。這與前面中俄標準針對凹陷可接受標準的分析結果也是一致的。

3 管道機械損傷可接受標準

（1）從標準規(guī)范角度，我國標準和北美標準均規(guī)定凹陷不超過管徑2%；俄羅斯標準已將凹陷缺陷臨界值提高至3%（該標準發(fā)布于2007年），考慮制管水平提高以及管材韌性和延展性等性能參數(shù)提升，我國標準略為保守；

（2）從國外管道行業(yè)的實踐經(jīng)驗，國外石油公司在缺陷可接受標準較為寬松（在8%～10%左右），以凹陷不影響清管器/內檢測器運行作為凹陷評價的重要依據(jù)；

（3）從管材試驗的科研角度，凹陷深度在10%以內不會對管道結構強度造成實質影響，例如現(xiàn)行標準中定6%為凹陷應變評價的臨界值，文獻[2]觀測到實際管材拉斷應變值大于12%；

（4）隨著長輸管道鋼管等級增加，各等級管道均使用相同機械缺陷可接受標準也不妥當。我國管道廣泛使用螺旋焊縫鋼管，施工過程中易形成與焊縫相關的凹陷，修復工作量很大?？紤]大口徑、高鋼級管道機械損傷可接受標準酌情提高至3%；

（5）隨著高分辨率內檢測技術發(fā)展，現(xiàn)場檢測技術不斷完善，管材臨界應變值測試方法改進，以及有限元方法分析，管道機械損傷的評價方法會進一步完善準確。