張妮 張建昌 解濤 王東文

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司第三輸油處

摘要：懸索式跨越是原油管道跨越工程中被廣泛使用的結(jié)構(gòu)，針對(duì)其結(jié)構(gòu)安全性檢測(cè)及安全評(píng)價(jià)研究具有重要意義。目前我國(guó)懸索式跨越工程檢測(cè)及評(píng)價(jià)處于探索階段。從管道檢測(cè)和跨越結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)兩個(gè)方面闡述懸索式跨越工程的安全檢測(cè)，基于檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。以某原油管道懸索跨越檢測(cè)為例，介紹其檢測(cè)內(nèi)容，并在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上提出切合實(shí)際的安全狀況評(píng)價(jià)方法，為下一步養(yǎng)護(hù)維修提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：原油管道；懸索跨越工程；管道檢測(cè)；安全評(píng)價(jià)

管道跨越工程以懸索式跨越工程最為普遍[1]。懸索式跨越工程由于索系失效、鋼結(jié)構(gòu)腐蝕失效和滑坡等地質(zhì)災(zāi)害等原因使管道安全風(fēng)險(xiǎn)增加，進(jìn)行管道和跨越結(jié)構(gòu)的檢測(cè)和安全評(píng)價(jià)具有非常重要的意義。原油管道的檢測(cè)評(píng)價(jià)以直接檢測(cè)或內(nèi)檢測(cè)方式進(jìn)行。懸索式跨越結(jié)構(gòu)的檢測(cè)和評(píng)價(jià)類似懸索式橋梁工程的檢測(cè)和評(píng)價(jià)，但由于原油管道跨越的載荷形式有所差異，體現(xiàn)在安全評(píng)價(jià)過(guò)程中存在差異[2-5]。本文以西北地區(qū)某油田原油管道懸索跨越工程為例，進(jìn)行檢測(cè)與安全評(píng)價(jià)。

1  管道檢測(cè)與評(píng)價(jià)

該跨越管道于2002年建成投產(chǎn)，運(yùn)行期間維修換管6次。管道規(guī)格為Φ377 mm×9 mm無(wú)縫管，材質(zhì)為L(zhǎng)360，外防腐保溫材料為泡沫黃夾克，設(shè)計(jì)壓力為10 MPa。依據(jù)GB/T 37369―2019《埋地鋼制管道穿跨越段檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)》，開(kāi)展管道檢測(cè)與評(píng)價(jià)，結(jié)果如下。

（1）管道外防腐層和保溫層未見(jiàn)破損。

（2）管段陰極保護(hù)系統(tǒng)處于有效保護(hù)狀態(tài)。

（3）架空管段滿足避雷要求。

（4）管道線性測(cè)量結(jié)果表明，跨越段管道存在不同程度的中心軸線偏離，從0 m至20.777 m，上浮最大距離24 cm；從20.777 m至32.777 m，下沉最大距離12 cm；從32.777 m至106.4 m，下沉最大距離5 cm；顯示管道存在豎向變形，如圖 1所示。

圖 1 懸索跨越管道工程示例

（5）按照GB/T 37369-2019進(jìn)行跨越段管道應(yīng)力分析及強(qiáng)度校核計(jì)算，結(jié)果表明強(qiáng)度符合運(yùn)行要求，當(dāng)前工況下滿足正常使用。但需要通過(guò)調(diào)節(jié)索系對(duì)管道變形加以抑制。

2  跨越結(jié)構(gòu)檢測(cè)與評(píng)價(jià)

懸索式跨越結(jié)構(gòu)分為支撐結(jié)構(gòu)和管道結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)包括鋼塔架、鋼桁架梁、橋塔、塔架混凝土基礎(chǔ)、索系及索系錨固墩等受力結(jié)構(gòu)；管道結(jié)構(gòu)主要是管道連接件。該跨越結(jié)構(gòu)2座塔架均為四柱K型鋼結(jié)構(gòu)，管道主跨106.4 m。索系主索、后拉索、側(cè)拉索、吊索規(guī)格數(shù)量分別為：Φ48 mm主索2根；Φ40 mm后拉索2根；Φ21.5 mm側(cè)拉索共4根，每座塔架2根；Φ13 mm吊索64根。根據(jù)SY/T 6068―2014《油氣管道架空部分及附屬設(shè)施維護(hù)保養(yǎng)規(guī)程》，參考CJJ 99―2017《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，檢測(cè)與評(píng)價(jià)分別按索系、鋼塔架結(jié)構(gòu)、錨固墩及塔架基礎(chǔ)、管道連接四個(gè)部分進(jìn)行。

2.1  索系檢測(cè)與評(píng)價(jià)

（1）索系防護(hù)。檢測(cè)內(nèi)容包括索防護(hù)層、索系錨具夾具及夾具螺栓、錨機(jī)防水等。檢測(cè)結(jié)果如圖 2所示，索系防護(hù)失效導(dǎo)致腐蝕，索系有效受力面積減小，其力學(xué)性能降低。分別從索防護(hù)層破損開(kāi)裂程度、錨具夾具及其螺栓銹蝕程度或螺栓松動(dòng)程度、錨具潮濕程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。依據(jù)GB/T 37369-2019要求，銹蝕面積在10%以上建議立即更換。本次檢測(cè)結(jié)果未超出標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖 2 索系側(cè)向穩(wěn)定索表面黃油脫落

（2）索力檢測(cè)。按照實(shí)測(cè)索力和設(shè)計(jì)索力比值及受力均勻程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。索力檢測(cè)主要針對(duì)主索及吊索等受力支撐結(jié)構(gòu)，采用索力動(dòng)測(cè)儀進(jìn)行測(cè)量。檢測(cè)結(jié)果：主索及吊索索力均低于設(shè)計(jì)破斷索力，其實(shí)際受力均在許用應(yīng)力范圍內(nèi)，但存在東西兩側(cè)吊索索力分布不均現(xiàn)象，西側(cè)吊索相對(duì)于東側(cè)吊索差值百分比大于10%的共有19組，最大相差47.07%，如圖 3所示。雖然標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有明確規(guī)定，但主索和吊索索力分布不均容易導(dǎo)致塔架偏位風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)調(diào)整吊索使其受力均勻。

圖 3 南北側(cè)吊索索力及索力差值百分比

（3）索系探傷檢測(cè)。主要進(jìn)行跨越工程鋼絲繩探傷檢測(cè)，當(dāng)前尚無(wú)管道跨越工程鋼絲繩專項(xiàng)檢測(cè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，參考GB/T 9075―2008《索道用鋼絲繩檢驗(yàn)和報(bào)廢規(guī)范》規(guī)定，鋼絲繩斷絲率2%以上應(yīng)立即更換。

當(dāng)鋼絲繩使用時(shí)間超過(guò)其斷絲和磨損臨界點(diǎn)，斷絲、磨損速率加快，斷絲臨界點(diǎn)先于報(bào)廢點(diǎn)而磨損臨界點(diǎn)后于報(bào)廢點(diǎn)，見(jiàn)圖 4。本次采用斷絲及銹蝕磨損（有效截面減少量）雙指標(biāo)評(píng)判。檢測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果表明：吊索、側(cè)向穩(wěn)定索、主索和后拉索均允許使用。

圖 4 斷絲、磨損臨界點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)報(bào)廢點(diǎn)位置示意圖

2.2  鋼塔架結(jié)構(gòu)檢測(cè)與評(píng)價(jià)

鋼塔架結(jié)構(gòu)檢測(cè)主要包括外觀宏觀檢查、焊縫無(wú)損檢測(cè)、鋼塔架測(cè)厚、螺栓檢測(cè)等，參照SY/T 6068―2014，塔架逐層進(jìn)行變色起皮、油漆剝落及一般銹蝕面積測(cè)量與計(jì)算，銹蝕面積大于5%應(yīng)清理全部舊涂層，重新涂裝。現(xiàn)場(chǎng)外觀檢查東側(cè)鋼塔架為8層，西側(cè)鋼塔架為7層，如圖 5所示。本次將鋼塔架外觀分區(qū)域進(jìn)行銹蝕面積檢測(cè)計(jì)算，相較于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的塔架整體銹蝕面積測(cè)量與計(jì)算，檢測(cè)結(jié)果更為合理。評(píng)價(jià)過(guò)程中通過(guò)調(diào)整各項(xiàng)檢測(cè)值權(quán)重，評(píng)價(jià)結(jié)果更為可靠。根據(jù)塔架支座固定螺栓損壞狀況評(píng)估，建議對(duì)支座固定螺栓進(jìn)行防腐保護(hù)處理。

圖 5 塔架檢測(cè)

2.3  錨固墩及塔架基礎(chǔ)檢測(cè)與評(píng)價(jià)

錨固墩及塔架基礎(chǔ)分為外部檢測(cè)、裂紋檢測(cè)、混凝土檢測(cè)和板或錨桿折角檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明，錨固墩和塔架基礎(chǔ)均為混凝土，未發(fā)現(xiàn)塔架基礎(chǔ)沖刷和坍塌變形，僅表面存在裂紋和剝落。評(píng)價(jià)結(jié)果為不影響正常使用。

2.4  管道連接檢測(cè)與評(píng)價(jià)

管道連接構(gòu)件包括管箍和連接螺栓，主要缺陷形式為螺栓松動(dòng)和銹蝕�，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果：整個(gè)跨越索系與管道連接的20個(gè)管箍全部具有不同程度銹蝕，40個(gè)連接螺栓存在銹蝕，管道吊架明顯變形、傾斜并存在嚴(yán)重銹蝕，如圖 6所示。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，管道連接構(gòu)件是跨越最易發(fā)生腐蝕的部件之一，檢修和維護(hù)難度較大，需及時(shí)更換和重新涂裝，以提高跨越結(jié)構(gòu)安全性。

圖 6 管箍表面輕微腐蝕

3  綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)管道檢測(cè)結(jié)果和跨越結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果，采用先分項(xiàng)再綜合的辦法，對(duì)原油管道懸索跨越工程的安全性進(jìn)行整體評(píng)價(jià)。分項(xiàng)評(píng)價(jià)包含橋面、上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、管道等，由于本跨越無(wú)梁及橋面，所以將原梁及橋面評(píng)價(jià)權(quán)重0.2按比例分配給上部結(jié)構(gòu)（評(píng)價(jià)權(quán)重由0.3調(diào)整到0.375）、下部結(jié)構(gòu)（由0.3調(diào)整到0.375）、管道（由0.2調(diào)整到0.25）。通過(guò)調(diào)整不同檢測(cè)項(xiàng)的權(quán)重值，使最終的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確、合理，更接近工程實(shí)際。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)GB/T 37369―2019，開(kāi)展管道適用性評(píng)價(jià)（分為可接受、監(jiān)控使用、限期維修或立即維修）。

4  結(jié)論

根據(jù)在役原油管道懸索式跨越工程的特點(diǎn)，本次安全檢測(cè)與評(píng)價(jià)分為索系、鋼塔架結(jié)構(gòu)、錨固墩及塔架基礎(chǔ)、管道連接四個(gè)部分。在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范基礎(chǔ)上，充實(shí)和細(xì)化了檢測(cè)內(nèi)容，綜合評(píng)價(jià)中調(diào)整了跨越結(jié)構(gòu)和管道各檢測(cè)項(xiàng)的權(quán)重值，整體綜合評(píng)價(jià)結(jié)果更接近工程現(xiàn)狀，為下一步制定維修計(jì)劃提供數(shù)據(jù)支撐。懸索跨越適用性評(píng)價(jià)還有待進(jìn)一步實(shí)踐總結(jié)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：張妮，1993年生，油氣儲(chǔ)運(yùn)地面工程師，現(xiàn)任技術(shù)管理部主辦，主要從事油氣儲(chǔ)運(yùn)地面工程研究工作。聯(lián)系方式：13469606655，290174189@qq.com。