丁昱 侯浩 軒恒

國家管網集團西南管道公司

摘  要：在管道環焊縫排查治理工作中，盡可能精確地篩選出缺陷焊縫，可以有效降低成本。以中緬天然氣管道（國內段）干線為例，對環焊縫排查方法及開挖驗證結果進行對比分析，探討提升同類山區管道環焊縫缺陷排查準確率的方法。

關鍵詞：山區管道；環焊縫；開挖驗證；底片；內檢測；不等壁厚

近年來，高強度鋼管道的環焊縫質量問題日益凸顯[1]。以中緬天然氣管道（國內段）干線（以下簡稱中緬天然氣管道）為例，目前已開挖驗證近萬道環焊縫，平均不合格率約11%。為了盡可能精確篩選出缺陷焊縫，降低環焊縫排查治理成本，以平均不合格率為基準，對比各類評價方法在實際開挖驗證中的缺陷發生概率，從排查方法及開挖驗證結果和影響因素兩個方面驗證各類評價效果，探討精確選口的方法。

1  排查方法及開挖驗證結果

1.1  底片復評

底片復評是通過排查管道建設期的射線無損檢測底片，以發現焊縫質量“存疑點”。依據管道制管焊縫組對間距不符合（GB 50369―2014《油氣長輸管道工程施工及驗收規范》第10.2.2條）、原片不合格但未見返修合格底片、像質計絲號識別不符合標準要求等篩查原則，對管道建設期的所有環焊縫的射線底片復核，評定出底片復核存疑焊口。經過開挖驗證，發現底片存疑焊口的不合格率高達55.94%，裂紋口占比也達到7.43%。可見底片存疑焊口實際出現缺陷的概率極高，建議將底片存疑焊口作為環焊縫排查的首選目標焊口。

1.2  風險評價

中緬天然氣管道環焊縫風險評價采用半定量方法（圖 1），將影響管道環焊縫可靠性的13個指標分為環焊縫缺陷、載荷、材料性能和施工管理四類，并分析各個指標之間的邏輯關系，對每個指標進行賦值評分，綜合評價其引起管道泄漏的可能性；對于高后果區內的環焊縫，以不同的安全系數來表示泄漏事故后果的嚴重程度，將上述分值與安全系數相乘，最終得到管道沿線的風險大小。

根據風險評價計算結果確定環焊縫的風險等級，并參照GB 32167―2015《油氣輸送管道完整性管理規范》的風險矩陣將中緬天然氣管道環焊縫風險分為低級、中級、較高級、高級四個等級。經過對風險評價較高級以上環焊縫開挖驗證，發現不合格環焊縫占比18.79%，裂紋口占比1.11%，其中高風險不合格焊口占比達到20.47%，不合格率約為平均值2倍，說明風險評價具有一定的科學性。 

1.3  完整性評價

根據國內外主要評價方法BS 7910:2013《Guide to methods for assessing the acceptability of flaws in metallic structures》、GB/T 19624―2004《在用含缺陷壓力容器安全評定》等，將缺陷劃分為體積型缺陷和平面型缺陷兩大類，分別包括圓形缺欠（點狀氣孔、點狀夾渣）、內凹、燒穿等；裂紋、未熔合、未焊透、咬邊、條形缺欠（條形氣孔、條形夾渣）。

根據評價結果，體積型缺陷對結構完整性影響較小，在載荷取1.39安全系數的情況下，10 MPa工況下評價所有體積型缺陷均可通過。而平面型缺陷對結構完整性影響較大，在各種工況下評價均有部分平面型缺陷被評價為完整性不可接受焊口。通過對完整性評價不可接受環焊縫開挖驗證，發現此類環焊縫不合格率高達43.06%，裂紋占比也高達5.670%。根據完整性評價結論排查的不合格焊口和裂紋口的準確性很高，可見對環焊縫開展完整性評價的重要性和必要性。

1.4  內檢測異常

利用管輸介質驅動檢測器在管道內運行，實時檢測和記錄管道的變形、腐蝕等損傷情況（圖 2），可事先發現各種缺陷和損傷。內檢測數據經過數據對齊后，即可實現建管數據與內檢測數據一一對應，找出風險環焊縫在內檢測數據中相對應的具體位置[2]。同時，結合建設期資料也可梳理出疑似黑口的“三無”環焊縫。

結合中緬天然氣管道內檢測數據對齊成果，對發現的較嚴重及以上異常環焊縫組織開挖驗證，發現不合格焊口占比達到24.61%，裂紋口率為2.36%，不合格率約為平均值的2.5倍，說明內檢測數據也具有一定的參考價值。

隨著內檢測技術發展，軸向應變檢測功能也逐步普及，檢測器上還可加入IMU模塊定位管道坐標。日后的開挖驗證選口可以根據檢測結果劃定的軸向應變和彎曲應變集中區域（圖 3），組織對應力較大的環焊縫開挖驗證；也可以根據IMU數據與竣工中心線數據進行對比分析和確定管道位移變化情況，進一步驗證軸向應變內檢測結果的準確性。

2  影響因素分析

2.1  空間分布

對開挖驗證發現的不合格環焊縫、裂紋焊縫在管道上分閥室區段、分施工機組進行空間排布，尋找缺陷環焊縫的分布規律。

通過對不合格環焊縫、裂紋焊縫復拍底片和外部環境分析，發現不合格環焊縫的閥室區間多位于黃土易塌陷土質或多山區帶，地形復雜，管道容易受力；或者集中在某施工單位個別機組。管道強力組對的組對應力、土體位移導致管道所受拉應力、管道連續起伏所受拉力、焊口處打磨或補焊造成焊縫薄弱等。 

2.2  不等壁厚焊口、彎頭

不等壁厚（大錯邊量）處的環焊縫往往存在焊口單面焊雙面成型難度大、幾何形狀突變易引起應力集中等，該環焊縫在焊根處由于壁厚過渡引起截面形狀的突變，在外力作用時很容易產生應力集中[3]，引發環焊縫開裂或斷裂。而彎頭處的環焊縫失效往往與不等壁厚焊口及彎頭的母材有關，特別是連續彎曲處也易造成應力集中，此類環焊縫發生脆性斷裂從而引發延遲裂紋的可能性高于其他類型環焊縫。中緬天然氣管道通過開挖驗證，熱煨彎頭口的不合格焊口占比13.55%，裂紋口占比1.16%，變壁厚焊口不合格焊口占比12.93%，裂紋口率0.74%。彎頭變壁處環焊縫出現缺陷的幾率要高于平均不合格率。

2.3  焊接工藝、焊口類型

從焊接類型上分析，手工焊的不合格焊口比率最高，為25%；焊條電弧焊次之，為15.28%。從焊口類型上看，彎管+返修口焊口類型的不合格比率最高，為45%，其次返修口、彎管+死口、彎管變壁厚口+返修口，這4種焊口類型的不合格比率均在20%～25%之間，剩余焊口類型不合格比率皆在20%以下。

3  規律總結

結合往年對中緬天然氣管道環焊縫開挖驗證實際情況（圖 4），從篩查和評價方面可印證出底片存疑口（不合格率51.39%，裂紋率0.375%）、內檢測異常焊口（不合格率24.61%，裂紋率0.236%）出現缺陷焊口或者裂紋焊口的幾率較高。環焊縫風險評價（不合格率18.79%，裂紋率0.111%）以及在此基礎上進行的完整性評價（不合格率43%，裂紋率0.567%）均具有一定科學性，對查找不合格焊口和裂紋口較為準確。客觀上論證了底片復核、風險評價、完整性評價、管道內檢測結論可以作為環焊縫開挖驗證選口的重要依據。

從焊口類型上分析環焊縫冷彎、熱煨、不等壁厚的特殊焊口出現缺陷的幾率要高于其他類型焊口。由于焊接成型難度大、射線檢測評判困難、幾何形狀突變易引起應力集中等原因，發生脆性斷裂從而出現延遲裂紋的可能性高于其他。因此，彎頭變壁返修口特性環焊縫、閥室區段、施工機組分布等因素也具有參考性，可作為環焊縫開挖驗證選口的又一綜合考量依據。

4  小結

隨著管道大數據的逐步形成，管道安全評估理念呈現出由數據評估代替風險專家評估、由工程適用性評估代替風險評估的趨勢[4]。我國管道早期建設過程中遺留的問題多，基礎數據大都存在不同程度的缺失，后續需要科學、有取舍地開展開挖驗證，探索更有效的管道數據分析方法。隨著環焊縫大數據挖掘不斷深入，關聯因素持續梳理，環焊縫排查數據也逐步呈現出一定規律，各類型環焊縫之間的數據差異也愈加明顯，使用環焊縫缺陷排查數據模型實現精確選口排查將成為一種趨勢。

參考文獻：

[1] 羅金恒，楊峰平，王珂，等. 油氣管道失效頻率及失效案例分析[J].金屬熱處理，2015，40(10)：470-474.

[2] 周軍峰. 在役管道環焊縫風險排查中環焊縫精確定位方法[J].經驗交流，2018(04)：20-21.

[3] 李立峰，秦小建，王沙廳，等. 某管道環焊縫開裂失效分析[J]. 熱加工工藝，2019，48(3)：259-262

[4] 馮慶善. 基于大數據條件下的管道風險評估方法思考[J]. 油氣儲運, 2014，33(5)：457-461.

作者簡介：丁昱，1983年生，工程師，2006年畢業于四川大學電氣信息學院自動化專業，現主要從事管道完整性管理環焊縫排查工作。聯系電話：15368668321，155325044@qq.com。