高钢级管道环焊缝缺陷修复技术探讨

近年来因环焊缝开裂引起的高钢级管道失效事故频发,因此,高钢级管道环焊缝质量及缺陷修复问题备受关注。基于高钢级管道环焊缝缺陷类型,介绍了国内外高钢级管道修复标准对于环焊缝缺陷的推荐处理方法,系统梳理了现有焊接与非焊接修复技术的阶段性研究成果。在焊接修复技术方面,B型套筒是修复高钢级管道环焊缝缺陷的首选修复技术,目前针对开式三通、护板及B型套筒的水平直焊缝及环向角焊缝的全自动焊接技术已基本具备推广应用条件,将大幅提高焊接效率及焊接质量。非焊接修复技术主要有复合材料、环氧套筒及钢制内衬复合材料修复技术3类,国外针对复合材料与钢制内衬复合材料修复X42级管道环焊缝缺陷(50%未熔合)开展了系列验证试验,相比复合材料,钢制内衬复合材料修复效果更好;国内则针对经检测评价确定无需修复但存在缺陷的环焊缝采用钢质环氧套筒进行补强,并结合复合材料及环氧套筒修复技术,开发了复合钢制内衬修复技术。最后,针对高钢级管道环焊缝缺陷修复问题提出了解决思路及重点研究方向,以期为中俄东线天然气管道及类似高钢级管道环焊缝缺陷修复提供技术参考。(图2,表8,参22)     

管道螺旋焊缝缺陷的初级失效评估

阐述了焊缝缺陷的评估原理和分级方法,参考英国标准BS 7910的1A级断裂评估准则,提出了螺旋焊缝缺陷失效的初级评价方法,并针对庆铁老线林源至新庙段管道的超声检测数据进行了应用性计算.对螺旋焊缝缺陷的断裂失效和塑性破坏失效的评估结果表明,部分缺陷在内压大于4.5 MPa下不安全.研究认为,在实现较高级评估之前,初级失效评价结果可以为螺旋焊缝的检测、完整性评价和缺陷修复等完整性决策提供参考和指导.     

某河底穿越管道环焊缝缺陷的安全评价

某长输原油管道河底穿越段通过三轴漏磁和惯性测绘内检测发现存在环焊缝缺陷并伴有弯曲应变,需要对其安全性进行评价。采用英国标准BS 7910-2005中的结构完整性评价方法,对内压和弯曲应力复合载荷作用下该环焊缝缺陷的可接受性进行了评价。同时,对评价中涉及的弯曲应力、断裂韧性、缺陷深度、残余应力、缺陷长度和内压等参数进行了敏感性分析,讨论了各参数对评价结果的影响程度。结果表明:在当前工况下,该缺陷是可以接受的,暂时无需修复。基于完整性评价和敏感性分析的结果,对该管道的生产运行和监控提出了合理的建议。该评价方法和结论可作为解决其他类似工程问题的参考。     

ClockSpring材料在管道缺陷修复中的应用

介绍了ClockSpring复合修复材料的发展状况、主要技术指标和安装作业过程,给出了ClockSpring复合修复材料的应用条件,提出了应用ClockSpring复合修复材料前应注意的事项。指出ClockSpring复合修复技术具有施工便捷、省时、无需管道停输、降压等优点,是一种永久性的修复技术。     

基于焊缝失效的管道安全概率数学模型

针对管道断裂失效主要发生在焊缝处的问题,提出了采用焊缝的安全近似等价于管道的安全的方法,将缺陷焊缝的安全概率看作随机变量,且服从正态分布.考虑一条共有N条焊缝的管道,通过分层抽样法对同期施工的同类材质、相同焊接条件的管道进行抽样检测,在已知样本值的前提下,建立数学模型,给出整条管道安全概率在一定置信度下的置信上限和置信下限.     

城市燃气管道检测周期研究

从安全风险管理的角度出发,研究了城市燃气管道检测周期的确定方法.着重探讨了在管道使用后期,事故发生率较高时,确定燃气管道检测周期的方法.提出了一种以风险及可靠性理论为基础的动态检测周期确定方法,并以实例说明其实用性.     

海底管道腐蚀缺陷修复评估方案的确定

海底管道主要修复技术包括水上干式维修、水下干式高压焊接维修、机械连接器维修、法兰对接维修、不停产开孔维修、外卡维修等6种,对比分析了各种技术方法的适用情况、所需特种设备和人员、检测要求、对生产的影响、维修时间、维修费用.给出了海底腐蚀管道的评估流程和方法,包括基于分项安全因数的方法和基于许用应力设计的方法,介绍了这两种方法所需的原始数据和计算过程,并结合不同方案的技术经济分析,确定管道腐蚀缺陷的最优修复方案.     

裂纹内检测技术应用于管道螺旋焊缝的可行性分析

针对东北管网多次发生螺旋焊缝开裂事故的事实,研究了造成螺旋焊缝开裂事故的缺陷类型和特征.从超声裂纹内检测器的工作原理、工况需求等方面分析了在东北管网对螺旋焊缝缺陷进行超声裂纹检测的可行性.受到超声发射、接收探头以及管道内表面清洁度等因素限制,认为在东北管网对螺旋焊缝缺陷实行超声裂纹内检测具有一定的局限性.     

螺旋焊缝管道的开裂原因

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、维氏硬度仪及金相观察等分析手段,对开裂螺旋焊缝管进行取样分析,利用冲击试验测试了管道母材的抗开裂能力。结果表明：该管道焊缝存在明显缺陷,缺陷类型包括存在于焊缝中的焊缝金属裂纹和夹杂,存在于热影响区中的焊趾裂纹和焊接裂纹,同时在热影响区及母材中存在夹杂。在高外载作用下,由于焊缝区硬度高于热影响区及母材的硬度,使得焊趾裂纹先于焊缝金属裂纹向热影响区扩展。热影响区中沿轧制方向排列的层状夹杂的存在促进了裂纹的扩展,形成层状撕裂,最终导致管道沿热影响区开裂直至母材。     

城市燃气管道泄漏的CFD模拟

通过建立3D和2D的CFD模型,对城市燃气管道遭受破坏后燃气的泄漏情况进行模拟,结果表明:风速与障碍物对燃气的扩散影响显著。风速越大,风沿下风向对燃气的输送作用越强,使燃气扩散加剧;障碍物前聚集的气体达到一定程度将漫过障碍物,从而在障碍物周围形成很大的危险区;当处于街道以下的燃气管道破裂时,街道峡谷效应对燃气扩散的影响较大。CFD模型具有较好的实际应用价值,可以更好地为城市燃气管道的安全管理、风险评估、事故调查、应急措施等提供依据。     

油气长输管道维抢修预警分级响应体系

为增强管道区域化保驾和应急响应能力,做到快速响应、有效控制和妥善尽处理管道事故,针对油气长输管道维抢修预警响应体系进行了研究。按照管道事件的严重性和紧急程度,将管道事件的预警信号分为3级,依次为黄色、橙色和红色,制定了相应的响应要求。提出了从维抢修资源准备,到预警发布、分级响应的体系方法,并通过油气管道气象与地质灾害预警分级响应案例,验证了该体系方法的可行性和实用性。     

含缺陷输气管道结构可靠性评估新方法

统计分析了X80管道的主要结构与力学参数,包括母材屈服强度、母材拉伸强度、焊缝拉伸强度,母材冲击功、焊缝冲击功、热影响区冲击功及管道压力,这些参数均服从正态分布,给出了其均值和标准偏差,并采用威布尔分布和对数正态分布计算缺陷分布.基于FAD技术和Monte-Carlo法,采用国外目标可靠度指标对长距离含缺陷X80输气管道的可靠性进行评估,结果表明:即使存在缺陷漏检,含缺陷X80输气管道的可靠度也完全可以满足标准要求.该方法适用于输气管道的安全评定,具有工程实用价值.(表2,图1,参9)     

长输天然气管道泄漏事故后果评价方法与应用

基于层次分析法和模糊综合评价法,提出了一种长输天然气管道泄漏事故后果影响的评估方法。将长输天然气管道的泄漏后果划分为安全后果、经济后果和环境后果3大层次11个影响因素,建立后果评价指标体系,在PHAST等后果模拟计算的基础上使用层次分析法求取权值,建立等级评价矩阵,确定事故后果的主要影响因素,采用模糊分析法确定最终事故后果严重度,从而完整评估泄漏事故的后果。经实例验证,此方法有重要的工程应用价值。     

天然气长输管道泄漏爆炸后果评价

由于腐蚀、自然破坏、人为破坏及本身缺陷等因素,输气管道易发生泄漏事故,其中蒸气云爆炸造成的失效后果最严重。为了评估天然气长输管道泄漏爆炸造成的物料损失、人员伤亡及财产损失,结合工程实例,对3种定量失效后果评价方法进行对比分析,确定了它们的应用条件和适用范围。分析认为:API 581失效后果评价方法评估步骤清晰简明,考虑因素全,应用范围广,评估结果优于ASME B31.8S-2001失效后果评价方法和爆炸超压-冲量法。该结论可为管道风险评价和完整性管理提供参考依据。     

城市燃气管网的完整性管理

不同地区城市燃气管道的建设和运营管理水平存在很大差距,在保障燃气管网安全运行方面存在诸多问题,亟需针对燃气输配管网开展完整性管理。简述了国内外燃气管道失效事故和主要诱因,梳理了相关标准和规范。提出了燃气管网完整性管理理念:综合考虑影响管网完整性的所有因素,采取一体化管理模式,达到经济合理地保证管网安全有效运行的目的。建立了燃气管网完整性管理体系框架,包括管理体系和技术体系两个层面,贯穿应用于组织完整性、数据完整性和管理过程完整性之中,并保持一定的灵活性。完整性管理技术是实施燃气管网完整性管理的核心,通过有机结合形成了6步循环管理流程,持续完善各种完整性管理技术,可以提升燃气管网的本质安全和运营效益。     

城市燃气输配管道完整性管理

美国在城市燃气管道完整性管理方面开展了较多的研究与实践工作,调研了美国城市燃气输配管道完整性管理的研究进展,介绍了美国完整性管理的标准规范.结合国内外长输管道完整性管理成功经验,提出了针对城市燃气输配管道的完整性管理流程,指出完整性管理应当按照数据管理、泄漏管理方案、风险评价、完整性评价、维修与维护和效能评价6个步骤循环开展.针对完整性管理的6个环节,提出了每个环节需要开展的主要内容.     

油库管道快速堵漏实用技术

为降低油库因泄漏造成的损失,保障油库安全,研究油库输油管道的应急快速堵漏技术具有重要意义.基于油库管道距离短、口径小、拐弯多、附件多等特点,对比研究了目前管道堵漏的主要技术,并结合油库管道破坏的主要形式和堵漏要求,提出适用于油库的应急快速堵漏方法,结合现场应用实例得出结论:针对管道破裂、阀门老化、法兰面泄漏等一般泄漏问题宜采用带压注剂密封堵漏;对于小型低压泄漏应采用钢带捆扎技术进行快速堵漏;复合纤维修复堵漏技术具有广泛适用性和施工简便性,建议在油库管道堵漏中推广使用.     

长输油气管道完整性管理信息化实践

从长输油气管道完整性管理应用现状出发,分析了管道完整性管理信息化建设的现实需求,并结合管道完整性管理平台实施案例,阐述了完整性管理信息化建设的实施步骤、内容和效果。通过完整性管理信息化的实施,企业实现了20余项管理业务的信息化,统一业务表单70多张,规范业务流程40多项,减少了业务数据采集、录入的重复工作,实现了企业绩效的动态监控,构建了基于完整性平台的开放生态应用环境,较好地解决了实际管理中的问题,有力地推进了企业的精细化管理,确保了企业管理体系的落地和切实执行,有效地将完整性管理与日常业务流程进行整合,从而验证了油气管道企业建立完整性信息化平台的必要性。（图3,表1,参10）     

滑坡地区长输天然气管道失效危险的多级可拓评估

依据影响滑坡稳定性的主要因素,结合评估管道失效危险性的主要指标,建立了滑坡地区长输天然气管道失效危险的多级评估指标体系。以可拓学为核心,结合层次分析法构造多级可拓评估模型,通过多级评估,获得不同子指标各自的危险性等级以及评价对象综合危险等级。选取陕西省枣树坪地区境内的某长输天然气管道开展实例验证,得到其在滑坡灾害下的失效危险性等级为3．18,更接近于“危险”,且环境地质和气象水文的危险等级较高,应急响应的危险等级最低。多级可拓评估综合考虑了各级指标的关联度和权重影响,能够更加客观地反映评价对象的危险等级。     

埋地管道凹坑缺陷开挖验证

埋地管道凹坑缺陷开挖验证时,发现内检测结果与现场开挖验证结果间存在较大差异,因而为内检测数据的评估及修复判定带来困难。研究发现,这是由于缺少统一、规范的开挖验证程序和有效的测量方法造成的。结合目前国内外凹坑现场开挖验证方法及现场实践经验,提出了一套凹坑缺陷开挖验证程序,并根据现场实际进行开挖验证,结果表明该凹坑缺陷开挖验证程序具有可行性。着重对不同凹坑测量方法的结果进行了比较,结果表明三维激光扫描法能够得到准确的凹坑深度值和整体轮廓,并可基于输出结果直接进行应变分析等进一步的评估工作。（图6,参6）