高钢级管道环焊缝缺陷修复探讨

杜青森

摘要：环焊缝缺陷易引起油气输送管道失效，严重影响着油气资源的正常输送，还会对沿线居民带来安全威胁。本文先对环焊缝失效模式及原因、油氣输送管道和站场环焊缝问题进行分析，再进行国内外环焊缝缺陷修复标准研究，可供相关人员参考。

关键词：油气输送管道;高钢级管道;环焊缝缺陷;修复技术

1引言

近年来，油气输送高级钢管道环焊缝缺陷导致管道失效事故较多，对管道环焊缝失效模式和机理进行研究，对比国内外标准对环焊缝修复差进行分析，采取应对环焊缝缺陷的修复技术，确保油气输送管道正常运行。

2环焊缝失效模式及原因

结合油气管道服役环境与条件，失效模式主要有断裂、变形、表面损伤、爆炸四种类型。对高级钢管道环焊缝缺陷引起8起失效事故进行统计分析，发现管道环焊缝起裂位置在6点或12点位置附近有6例，占75%，均是由于环焊缝内壁起裂引起，有5起焊口存在补焊或返修焊接痕迹，有4起事故提供原始底片评级，级别为Ⅱ级。对断裂原因进行分析，发现内部原因引起事故的为7例，占87.5%，6例由于焊接缺陷引起事故出现在试压或投产;外部因素引起事故为1例 ，事故出现在运行阶段。有4例为焊接根部未熔合，这是由于焊接坡口没有进行彻底清洁，焊接速度没有控制好引起的。所以，油气输送高级钢管道环焊缝主要失效模式为断裂，是进行管道施工时没有控制好焊接质量，存在焊接缺陷引起的失效，同时，投产运行形成的附加载荷也会引起环焊缝失效。

3油气输送管道环焊缝问题分析

对油气输送采用的高级钢管道环焊缝失效问题进行深度分析，采用管道漏磁内检测技术确定在役油气支干线环焊缝异常点，再进行开挖验证后进行统计分析，1#输气支干线管道钢级为X52-X80，共对52道焊口进行检测，2#输气管线钢级为X52-X70，共检测167道焊口。采用射线、超声和磁粉等检测手段，物业人据相关施工和检测规范进行对比。1#油气输送管线52道环焊缝有32道不合格，占比为62%，缺陷主要有夹渣、错边、未焊透、咬边等。2#输气管线167道焊口中存在21道不合格，占比为13%，主要缺陷有圆形缺陷、未焊透、裂张亮、条状夹渣、超声缺陷等，超声缺陷和条形夹渣占比较高，为高级钢管道环焊缝常见缺陷，同时，还存在错边、咬边等外观几何缺陷，多以缺陷叠加方式出现。根据缺陷对管道危害性大小归为如下两类：第一类为裂纹、条件夹渣、未熔合、气孔等，第二类为错边、咬边、未填满等。环焊缝根部未熔合缺陷为最为严重的缺陷，会形成管道内壁微裂纹，导致起裂并扩展而产生断裂失效。同时，如果管道焊接电流过大，填充层数没有达到要求也会使焊缝冲击韧性降低，也是环焊缝出现断裂失效的关键原因，这就要求确保焊接质量达到设计要求，注重返修焊接、死口焊缝的焊接质量检测。

4油气站场设施的环焊缝问题

站场是油气输入和输出的场所，可以完成输送和分配任务，站场管道环焊缝失效事故也比较多。与油气长输管道对接环焊缝有所不同，站场管道对接环境缝存在不同材质、壁厚、结构搭配等方面的差异，而站场出现爆炸会对工作人员、生产设施造成严重威胁，具有更高的危险性，这就需要对环焊缝失效机理和修复技术进行研究。

站场的弯头、管帽、法兰等材质多采用Q235-A等，而对接管段多为L245、X52等材质。同时，比较对接材质屈服强度可以发现，异径三通和直管段材质存在很大差异，例如WPHY-70与L245、WPHY-80与L415MB材料的对接。不等壁厚对接是由于输送管线与站场设计没有进行结合，例如西气东输二线与部分站场位置异径三通和直管段壁厚会相差一倍。因此，站场对接环焊缝问题更加复杂，存在不同材质、不同壁厚和结构搭配大等特点。

5国内外环焊缝缺陷修复标准分析

欧美国家管道修复多为综合性标准，针对环焊缝缺陷提出推荐性修复方法，例如API 570、API 1160、PRCI《管道修复手册》等，BP、Gazprom等一些国际管道公司对油气输送管道进行修复应用时，多会按照PRCI《管道修复手册》，该手册对环焊缝缺陷修复提供判定依据，当环焊缝缺陷没有引起管道泄漏，在管道实际运行时可采用适用性评价来确定服役完整性。在进行实际修复时，可采用推荐的打磨、堆焊、B型套筒等方法，环焊缝外表面较小缺陷可进行打磨、打磨+堆焊进行修复，进行打磨操作前采用超声检测，查看焊缝根部或内部是否存在缺陷。如果存在严重外部裂纹或内缺陷，需要采用B型套筒或螺栓紧固夹具。如果缺陷周长大于管周长 ，或轴向应力高，可优先采用B型套筒修复，这是由于该方法可以消除缺陷轴向应力。而在环焊缝上应用B型套筒可采用凸式套筒结构，端部可以与管体进行更为紧密的配合，有利于采用角焊技术进行焊接。环焊缝也可以采用螺栓紧固夹具，可实现轴向载荷的传递，具有更为完整的密封结构。管道环焊缝缺陷修复多用于X70及以下钢级，X80及以上还没有制定出相应标准。

国内针对管道环焊缝缺陷修复制定的标准主要为GB 32167-2015、Q/SY 1592-2013、Q/SY GD 1033-2014，提出环焊缝缺陷修复可采用打磨、螺栓紧固平具、B型套筒、换管等技术，环焊缝表面缺陷可采用打磨修复，但对缺陷由于不同标准间存在差异，还没有对修复方法进行统一。Q/SY 1592-2013规定内容推荐以复合材料进行修复，但Q/SY GD 1033-2014推荐B型套筒进行修复，而GB 32167-2015却推荐堆焊、B型套筒等进行修复。我国还没有针对管道环焊缝缺陷修复形成统一标准，不同企业间制定的标准推荐的修复方法差异较大，同时，由于X80高钢级管道生产与应用，焊接修复采用的材质与管道材质屈服强度差异变得更大，这就给焊接和修复带来更多的困能放，这就要求尽快进行全尺寸修复模拟试验，对多种修复方法过行验证。

6结语

综上所述，随着X70及以上高钢级管道生产与应用，油气输送管道和站场环焊缝修复与检测已经成为亟需解决的问题，应该从环焊缝缺陷修复与保证安全服役提供技术支持。对于油气输送管道环焊缝存在的问题 ，由于标准推存修复方法存在较大差异，应该进行B型套筒、复合材料修复后环焊缝全尺寸可靠性验证，对两种修复方法后的管道承压能力、修复区域对管道理化性能的影响展开全面分析。根据油气站场环焊缝特点，应该对站场环焊缝失效问题进行调研，开展对接环焊失效模式、韧性分布规律等方面的研究，探索环焊缝失效机理，制定出有效的管控措施，为站场设施修复与维护提供技术支持。

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