劉卿 雷宏峰 史家旭 齊迎峰 郭依寶

北京天然氣管道有限公司

為深刻吸取江蘇響水“3·21”特大爆炸事故經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，舉一反三，抓早抓小，各管道企業(yè)加大了管道環(huán)焊縫隱患排查治理力度，特別對高后果區(qū)內(nèi)環(huán)焊縫質(zhì)量進(jìn)行重點(diǎn)排查，及時(shí)對缺陷點(diǎn)采取處置措施，確保高后果區(qū)管道本體安全。如何提高缺陷焊口的排查精度，最大程度的發(fā)現(xiàn)并消除管道焊縫缺陷風(fēng)險(xiǎn)，是環(huán)焊縫風(fēng)險(xiǎn)排查的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文介紹了環(huán)焊縫缺陷排查方法及典型應(yīng)用實(shí)例，提出了風(fēng)險(xiǎn)控制建議。

1 環(huán)焊縫缺陷主要類型

環(huán)焊縫缺陷主要有：焊接裂紋、未焊透、未熔合、夾渣、氣孔及形狀缺陷等（圖 1）。

焊接裂紋是最危險(xiǎn)的焊接缺陷，嚴(yán)重影響焊接結(jié)構(gòu)的安全性，是造成焊縫質(zhì)量事故的主要原因之一。

2 環(huán)焊縫缺陷的主要風(fēng)險(xiǎn)

由于管道建設(shè)中環(huán)焊縫數(shù)量龐大，受現(xiàn)場環(huán)境和人為因素影響，焊接質(zhì)量較難控制，而且焊縫位置結(jié)構(gòu)相對不穩(wěn)定，管道受滑坡、塌陷、洪水、泥石流、第三方破壞等外力影響，易在焊縫位置產(chǎn)生裂紋甚至斷裂，造成泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，環(huán)焊縫失效事故發(fā)生在連頭口、金口、變壁厚焊口、返修焊口上的比例很高。

天然氣中含有微量的有毒H2S氣體會(huì)對人體造成傷害，空氣中的天然氣濃度過高會(huì)使人窒息，嚴(yán)重時(shí)遇明火會(huì)發(fā)生燃燒甚至爆炸。天然氣發(fā)生泄漏后，擴(kuò)散速度快、范圍廣，很難有效掌握擴(kuò)散的方向及擴(kuò)散量。而在高后果區(qū)的特定范圍內(nèi)密閉空間多，人口密集度高，發(fā)生緊急情況后引導(dǎo)和疏散難度大，如發(fā)生天然氣泄漏、著火、爆炸將會(huì)給周邊人民的生命和財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失，后果不堪設(shè)想。如貴州晴隆輸氣管道燃燒爆炸事故即因環(huán)焊縫質(zhì)量缺陷所致。

3 環(huán)焊縫缺陷風(fēng)險(xiǎn)排查方法

3.1 確定存疑焊口

通過收集各在役管道工程竣工資料和內(nèi)檢測資料，復(fù)查竣工資料和施工記錄、監(jiān)理記錄、無損檢測報(bào)告符合性和一致性，完成內(nèi)檢測環(huán)焊縫數(shù)據(jù)和施工記錄對齊。識(shí)別疑似“黑口”，對內(nèi)檢測公司提供的管道漏磁內(nèi)檢測信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核，識(shí)別“嚴(yán)重”“較嚴(yán)重” “輕微”異常焊口，并開列“嚴(yán)重”異常焊口底片復(fù)核影像資料，聘請專家復(fù)核無損檢測底片，提出存疑焊口，形成存疑焊口清單（表 1）。

3.2 確定抽查焊口

通過竣工資料，收集高后果區(qū)內(nèi)焊口清單和施工記錄，鑒于環(huán)焊縫失效事故發(fā)生在連頭口、金口、 變壁厚焊口、返修焊口上的比例很高，因此按此順序優(yōu)先抽查高后果區(qū)內(nèi)的上述焊口，形成抽查焊口清單（表 2）。

3.3 焊口定位

根據(jù)前期排查復(fù)核結(jié)果提供存疑焊口定位清單，現(xiàn)場確定問題焊口的開挖點(diǎn)，形成焊口定位報(bào)告及擬開挖焊口清單，對定位點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記。

3.4 焊口開挖

開挖作業(yè)按照作業(yè)許可管理程序執(zhí)行，挖至管體后，通過辨認(rèn)焊口編號(hào)或鋼管出廠編號(hào)等方式確認(rèn)是否為目標(biāo)焊口。如確認(rèn)為目標(biāo)焊口則繼續(xù)擴(kuò)坑至滿足防腐與檢測作業(yè)條件，如確認(rèn)非目標(biāo)焊口則作為探坑進(jìn)行回填，重新分析目標(biāo)焊口位置。

3.5 防腐層剝離打磨

作業(yè)坑開挖合格后，開始冷剝離焊口防腐層，剝離過程中對原補(bǔ)口防腐層狀況、剝離強(qiáng)度等性能進(jìn)行調(diào)查并記錄。對焊口表面及兩側(cè)進(jìn)行打磨，采集焊口相關(guān)數(shù)據(jù)，焊口處理及打磨應(yīng)滿足《鋼質(zhì)管道聚乙烯膠粘帶防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》《埋地鋼質(zhì)管道外防腐層保溫層修復(fù)技術(shù)規(guī)范》等。對表面打磨質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收。

3.6 數(shù)據(jù)采集

采集和記錄原補(bǔ)口防腐層性能和焊口相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

3.7 無損檢測

如果初步評(píng)定認(rèn)為焊口存在表面缺陷，對表面缺陷打磨修復(fù)并記錄。打磨完成后對全焊口進(jìn)行RT、PT、 MT無損檢測。如初步評(píng)定認(rèn)為焊口存在疑似裂紋缺陷，應(yīng)進(jìn)一步檢測。

3.8 適用性評(píng)價(jià)

無損檢測工作完成后，進(jìn)行復(fù)評(píng)，并與建設(shè)期底片進(jìn)行對比，給出初步處置意見，包括割口、返修、質(zhì)量關(guān)注等。對建議質(zhì)量關(guān)注的問題焊口，暫不進(jìn)行處置， 2～3年后，重新進(jìn)行開挖復(fù)拍。對建議割口、返修的問題焊口，若缺陷屬于外表面缺陷，采用外表面打磨方式進(jìn)行修復(fù)。最大打磨深度不超過管道壁厚的12.5%。若打磨后缺陷消除，則防腐后回填，若打磨至管道壁厚12.5%缺陷未消除，則采用B型套筒進(jìn)行修復(fù)。

如果缺陷為內(nèi)部裂紋、根部缺陷，則委托專業(yè)評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步檢測（TOFD+PAUT），以確定缺陷具體位置、尺寸及性質(zhì)。然后結(jié)合問題焊口周邊地質(zhì)地貌條件，進(jìn)行缺陷適用性評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果推薦的修復(fù)方式處置。

3.9 問題焊口修復(fù)

環(huán)焊縫常用的修復(fù)方式主要包括：割口、 B型套筒、環(huán)氧套筒、打磨、補(bǔ)焊、復(fù)合材料、高壓夾具等方法。

割口主要用于焊縫存在裂紋，或金口、連頭口、返修口存在嚴(yán)重根部未熔合和未焊透等情況。割口修復(fù)對在役管道生產(chǎn)影響大、費(fèi)用高。

B型套筒修復(fù)適用于大部分的環(huán)焊縫缺陷修復(fù)，對生產(chǎn)影響較少， X70鋼采用該方法比較適用，是目前缺陷修復(fù)的主要方法。

3.10 檢測評(píng)價(jià)

處置完畢后進(jìn)行二次檢測與防腐評(píng)價(jià)等。

3.11 竣工資料

應(yīng)按照《檔案管理規(guī)定》收集、整理、歸檔竣工資料。

4 典型案例

4.1 高后果區(qū)基本情況

某段天然氣管道2014年投產(chǎn)運(yùn)行，材質(zhì)為X70鋼，管徑1 016 mm，設(shè)計(jì)壓力10 MPa，管道壁厚為26.2 mm。管道兩側(cè)各200 m范圍內(nèi)常住人口50戶，屬于二級(jí)地區(qū)；在管道潛在影響范圍內(nèi)有某企業(yè)（上班期間約140人），某小學(xué)（上學(xué)期間師生約200人），加油站1座，消防站1座（每日約30人）以及藝術(shù)學(xué)校等特定場所。無第三方損壞、地質(zhì)災(zāi)害、腐蝕破壞等記錄。經(jīng)2019年5月高后果區(qū)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，確定此段為Ⅱ級(jí)高后果區(qū)。

4.2 風(fēng)險(xiǎn)排查

2019年8月開展環(huán)焊縫質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)排查，按照金口、連頭口、彎頭變壁厚口、返修口為重點(diǎn)抽查對象原則，確定SS-8-G4-1B-DE037+01WB為抽查口，此處屬于彎頭變壁厚口，焊口經(jīng)過定位開挖后， 9月6日某檢測公司對該焊口進(jìn)行了RT（射線） /PAUT（超聲）檢測，結(jié)果顯示該焊口存在三處缺陷：2 850 mm－3 150 mm位置存在300 mm的貫穿性下表面開口缺陷， 2 740 mm－2 810 mm位置存在長70 mm、深23.7 mm的下表面開口缺陷， 340 mm－700 mm位置存在長360 mm、深21 mm的斷續(xù)條形缺陷。

隨后立即按照應(yīng)急處置預(yù)案啟動(dòng)應(yīng)急程序，放空該段管道，疏散潛在影響半徑范圍內(nèi)的人員，對缺陷處焊口進(jìn)行切割換管作業(yè)（圖 2）。焊縫搶險(xiǎn)作業(yè)從發(fā)現(xiàn)問題到搶修完成共計(jì)50小時(shí)45分鐘；切割舊管到新管段焊接完成共計(jì)23小時(shí)09分鐘。通過處置，及時(shí)消除了本段高后果區(qū)管道重大隱患。

4.3 環(huán)焊縫內(nèi)檢測情況

該段管道于2019年5月進(jìn)行了漏磁內(nèi)檢測，結(jié)果顯示SS-8-G4-1B-DE037+01WB存在焊縫異常缺陷，位置為11:35方向，但是無法判斷缺陷的類型、深度及長度。因此漏磁內(nèi)檢測只能探測到較大體積的缺陷，而對于細(xì)微裂紋缺陷則很難檢測到。

4.4 底片和復(fù)拍片比對分析

9月9日，中國船級(jí)社質(zhì)量認(rèn)證公司對原片和復(fù)拍片進(jìn)行了比對分析（圖 3），確認(rèn)兩套底片為同一道焊口。

圖 3  缺陷焊口底片和復(fù)拍片 

（1）復(fù)拍片出現(xiàn)裂紋的位置（兩個(gè)紅色箭頭中間的位置）在原片中未發(fā)現(xiàn)缺陷。

（2）兩張圖中的圓形缺陷（藍(lán)色圓圈）依然存在，證明該處不是裂紋源。在原始底片中未發(fā)現(xiàn)復(fù)拍時(shí)出現(xiàn)的裂紋影像，且沿根部焊道的熔合線開裂，考慮為延遲裂紋的可能性比較大，導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋的因素包括焊接工藝、焊口缺陷、應(yīng)力狀態(tài)等。

5 建議

高后果區(qū)內(nèi)天然氣管道環(huán)焊縫缺陷危害極大，因此在環(huán)焊縫缺陷排查中要優(yōu)先選擇高后果區(qū)內(nèi)的疑似“黑口”、底片存疑口、金口、連頭口、變壁厚口、返修口等特殊焊口進(jìn)行抽查。在抽查焊口時(shí)建議加大彎頭與直管的變壁厚連接口抽查比例，特別是易出現(xiàn)對口應(yīng)力的、特殊地形位置焊口，優(yōu)先對該類焊口進(jìn)行開挖復(fù)拍復(fù)評(píng)，確保最大限度的發(fā)現(xiàn)缺陷焊口，最大程度消除管道焊縫缺陷風(fēng)險(xiǎn)，保障高后果區(qū)周邊居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

作者：劉卿，工程師，大學(xué)本科，就職于中石油北京天然氣管道有限公司北京輸氣管理處，目前主要從事管道防腐工作。