油气输送钢管安全运行的质量控制模式及影响因素

张 蕾，何小东，陈宏达

（中国石油集团石油管工程技术研究院,西安 710077）

油气输送钢管安全运行的质量控制模式及影响因素

张 蕾，何小东，陈宏达

（中国石油集团石油管工程技术研究院,西安 710077）

为了进一步探索油气管道安全运行的质量控制模式，总结了油气管道失效控制的基本方法，并对我国近年来油气管道失效事故和油气输送钢管的质量现状进行了统计分析。基于可靠性和失效控制理论，建立了影响管道安全运行的钢管质量因素树图，分析了管道失效的主要模式和原因，并提出了有效的质量控制模式及相应的改善措施。研究结果表明，油气输送钢管的总体质量水平和控制能力与国外有一定差距，需要采取有效的质量控制措施，从而保证油气管道的安全可靠运行。

油气管道；质量控制；失效控制；树图

管道运输作为五大运输方式之一，在油气输送中发挥着越来越大的作用[1]。由于石油、天然气具有易燃易爆的特点，管道长距离输送需要通过复杂多样的地理环境，如沙漠、地震断裂带、煤矿采空区、高原、河流等地区，管道的失效风险也随之增加，而油气管道安全可靠性运行有助于保障国家的经济安全、社会稳定和人民群众的生命财产安全。因此，失效控制对于油气输送管道安全可靠运行具有重要的意义[2-4]。

管道的安全可靠运行最主要的因素之一是管材本身质量的好坏，管材有效的质量控制措施十分关键[5]。油气输送用钢管的产品质量主要取决于制管厂的生产能力、质量控制能力（包括质量管理体系的建立和实施），而采购方代表的监造和第三方检验机构的监督抽查，有利于促进企业在产品制造过程中质量控制能力的提升和质量改进。在油气输送管线用焊管生产和检验过程中正确应用各类管理工具（控制图、排列图、 描点图、散点图及直方图）能够有效实现质量改进[6]。

1 近年来我国油气管道失效原因分析

对我国近年来28起油气管道失效事故进行统计分析，由于钢管质量问题造成的失效事故占39.29%，环焊缝质量引起的事故占21.43%，腐蚀失效占17.86%，过量变形占14.29%，其他因素占7.14%。其中，钢管质量问题占事故总数的近40%，是管道发生失效事故的主要原因之一[7-8]。图1所示为某油气输送管道因钢管焊缝质量问题而引起试压开裂现场。管道的失效事故已严重威胁到人民群众的生命财产及国家的经济安全。

图1 试压时管道开裂泄漏失效现场及断口形貌

2 油气输送钢管的质量水平及控制措施

2.1 油气管道的主要失效模式及控制方法

油气管道的主要载荷是输送介质（原油、成品油、天然气等）的工作压力。现代油气管道正向着大直径、高压力的趋势发展，其服役条件也日益苛刻。海底管道除输送介质的内压外，还要承受海水的外挤力（外压）[9]。除正常的内压和外压载荷外，油气管道还可能遭受各种非正常的外部干扰，包括第三方造成的人为机械损伤、地面交通因素引起的交变载荷、地震和地质灾害导致的管道损伤等[10]。另外，环境温度（服役温度）和腐蚀介质也是油气管道的重要服役条件。油气管道的失效模式主要包括爆炸、断裂、变形、表面损伤4大类，其失效原因通常有外部干扰、腐蚀、焊接和材料缺陷、设备和操作等[11]。

失效分析是判断失效模式、分析失效原因和影响因素的技术活动[12]。失效控制的任务是针对失效模式、失效原因提出防止失效的措施，即对失效分析结果进行反馈。油气管道失效控制的步骤（图2）如下：①搜集国内外大量失效案例，建立油气管道失效信息数据库；②对失效案例进行综合统计分析，确定油气管道的主要失效模式（包括二、三级失效模式）；③分析各种失效模式发生的原因、机理和影响因素；④提出各种失效模式的控制措施和方法。

图2 油气管道失效控制的基本方法

失效信息数据库是失效控制的基础，应有较强的数据处理和统计分析功能，并且拥有尽可能多的案例支持。除广泛搜集国内外油气管道已发生的重大失效案例外，尚需加强对新发生的油气管道失效事故的分析研究。在大量失效分析的基础上，凝练一些重大共性的科学问题进行较深入的研究。随着失效案例不断增多，失效信息数据库不断充实，失效模式及其原因、机理、影响因素的动态变化和调整，失效控制措施和方法也不断完善和更新。EPRG基于大量失效分析，提出了油气管道不同加载状况下的失效模式和材料性能控制指标。对于新建管道的失效控制，应充分分析该管道的服役条件和设计参数，借助失效信息数据库，确定其主要的失效模式，提出相应的控制措施和方法。

2.2 我国油气输送钢管的质量水平

西气东输二线管道工程采用了大量的X80钢管，该项目的成功投产标志着我国由管道建设追赶者成为管道建设领跑者[13-14]。由于油气输送钢管制造流程较长，所采用高钢级管线钢生产技术难度大，工艺复杂，生产工序多，涉及到制造设备能力、技术水平、人员专业技能、检测能力以及质量管理体系建立、实施和运行是否有效等。与国外产品相比，国内油气输送钢管的总体质量水平和控制能力还有一定差距。图3为国内外X80级Ф1 219 mm×22.0 mm直缝埋弧焊管管体屈服强度统计的正态总体分布。从图3可看出，国外优异的油气输送钢管屈服强度分布相对集中，而国内管厂生产的钢管屈服强度分布较为分散。油气输送钢管屈服强度与钢厂提供的钢板总体屈服强度水平和制管厂的原材料控制及成型控制都有一定关系，这在一定程度上反应了目前国内外油气输送钢管的总体质量控制水平和能力差异。

图3 国内外油气输送钢管质量控制水平差异

图4是某重大管道工程采用Ф1 219 mm×18.4 mm螺旋埋弧焊管生产过程中发现的不合格原因统计分布图。从图4可看出，影响油气输送钢管不合格的因素较多，仅与焊接有关的不合格比例就高达54%，如焊缝理化性能、补焊、未熔合、未焊透、气孔等。虽然经过后续检验能够发现这些缺陷，但仍有可能存在漏检现象。因此，一方面需要从原材料和钢管的生产过程进一步提高制造水平；另一方面，需要采取有效的质量控制措施以便持续生产稳定一致的合格产品，这对于长输油气管道运行的安全可靠具有重要作用。

图4 螺旋埋弧焊管不合格原因统计（样本数为3 429）

3 影响管道安全运行的钢管质量因素及控制模式

油气输送钢管的质量对管道的安全可靠运行具有重要影响。油气输送钢管质量指标分为五类[15]：①材料的工艺性能（如成型性能和焊接性能）；②理化性能；③耐腐蚀性能；④几何尺寸；⑤外观及表面质量。

设定“管道可靠运行”为总目标，将其分解为“管道不发生失效”和“维护管理将失效降到最低”两个子目标。把“保证管材质量”作为管道不发生失效的第一层有效手段之一，将管材的不同质量指标控制作为下一步措施的目的，并对最终的手段进行评价，实施第一方、第三方及购方代表制造过程监督三者共同检验的措施。图5为管材质量对管道可靠运行影响因素树图。

以上措施主要与管材的成分设计、优化轧制工艺、优化成型工艺、控制流转过程等手段有关，质量控制模式需要采取如图6所示。从图6可看出，油气输送钢管的质量控制手段实施效果需要行政许可、过程监督和检验试验来评价，包括国家行政部门的制造能力许可、生产过程的第一方检验、第二方代表制造过程监督及审查、第三方检验机构监督抽查检验。采用这种质量控制模式能够保证西气东输、中亚管道、中缅管道等国家重点油气管道工程用钢管的质量。

图5 管材质量对管道可靠运行影响因素树图

图6 油气输送钢管的质量控制模式

4 结 论

（1）失效模式和失效控制对油气管道的可靠运行具有重要作用，而钢管质量是可靠性的基础。

（2）与国外产品质量相比，国内油气输送钢管的总体质量水平和控制能力存在一定的差距，原材料生产企业和钢管制造企业应进一步提高制造技术水平，保证生产过程稳定，从而为油气管道工程提供持续一致的合格产品。

（3）以制造企业自身质量控制为主，采取国家行政许可、采购入网、购方代表监造、第三方检验机构抽查检验相结合的方式是油气管道用钢管质量控制的有效模式。

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Quality Control Modes and Influence factors of Oil and Gas Transportation Steel Pipe Safe Operation

ZHANG Lei,HE Xiaodong,CHEN Hongda
（CNPC Tubular Goods Research Institute,Xi’an 710077,China）

In order to further explore quality control modes of oil and gas transportation steel pipe safe operation,it summarized the basic methods of controlling oil and gas pipeline failure,and the statistic analysis was carried out for the oil and gas pipeline failure accidents in recent years and the current status of oil and gas pipe quality.Based on reliability and failure control theory,it established the steel pipe quality tree graph affecting pipeline safe operation,analyzed the main failure modes and causes,and put forward effective quality control mode and the corresponding improvement measures.The results indicated that a certain gap exists between the overall quality level of oil and gas transportation pipeline and control ability in China and abroad,should adopt effective quality control measures to ensure oil and gas pipeline safe operation.

oil and gas pipeline;quality control;failure control;tree graph

TE832

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.06.014

张 蕾（1982—），女，陕西淳化人，硕士，工程师，持有国家压力管道鉴定评审注册审核员、ISO 9001注册审核员、ISO 4001注册审核员等资质，主要从事质量体系管理、石油管材质量监督、制造许可评审等工作。

2016-03-20

黄蔚莉