譚春波 向敏 陳啟斌 陳帝文 王祎

廣東省天然氣管網(wǎng)有限公司

摘  要：以某在役干線輸氣管道為例，介紹了管道內(nèi)檢測缺陷形成原因。在無法割管的情況下，通過宏觀分析、硬度測試及金相分析確定了管道缺陷部位存在違規(guī)焊補(bǔ)問題。結(jié)果表明，缺陷部位防腐層經(jīng)歷補(bǔ)傷，管道外表面熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層缺失，且管道外表面存在凹凸不平的現(xiàn)象；缺陷部位金屬硬度明顯低于管體母材非缺陷部位；缺陷部位金相組織顯示與母材有明顯區(qū)別，缺陷外表面歷經(jīng)焊補(bǔ)操作。針對內(nèi)檢測缺陷形成原因，提出了相應(yīng)的治理建議。

關(guān)鍵詞：輸氣管道；內(nèi)檢測；缺陷；焊補(bǔ)；硬度測試；金相分析

近年來，國內(nèi)管道安全事故頻發(fā)，引起了各管道運(yùn)營公司對管道本質(zhì)安全的重視，管道內(nèi)檢測技術(shù)得到全面推廣和應(yīng)用[1]。在役天然氣管道隨服役時間增長，難免存在腐蝕減薄現(xiàn)象，特別是沒有內(nèi)涂層的管道，當(dāng)輸送天然氣中含酸性介質(zhì)時，容易發(fā)生腐蝕，危害管道安全。

壓力管道安裝檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)中都需要采用無損檢測技術(shù)對管道本體損傷和焊縫缺陷進(jìn)行檢測[2]，由于無損檢測方法的原理、設(shè)備等帶來的局限性，難以從源頭上找到缺陷成因。王海濤等[2]通過割管取樣的方法對管道缺陷致因進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)由補(bǔ)焊產(chǎn)生。由于在役干線輸氣管道采用停輸割管取樣的方法會造成較大成本損失，并不現(xiàn)實(shí)。在不割管情況下，通過宏觀分析、硬度測試和金相分析，研究了管道內(nèi)檢測缺陷的形成原因，并提出針對性治理建議。

1 基本情況

某干線輸氣管道長136 km，管徑914 mm，壁厚16 mm，設(shè)計(jì)壓力9.2 MPa， 2015年1月投產(chǎn)。在首輪內(nèi)檢測中發(fā)現(xiàn)檢測里程39 048.81 m處，順氣流8:00方向，存在金屬損失39% wt的缺陷，剩余壁厚9.76 mm，管道缺陷嚴(yán)重。采用噴灑方式進(jìn)行磁粉檢測未發(fā)現(xiàn)裂紋，超聲測厚實(shí)測的最大減薄為40.6%，射線檢測結(jié)果顯示為內(nèi)部金屬損失，如圖 1所示。

2 現(xiàn)場檢驗(yàn)與結(jié)果分析

2.1 宏觀分析

現(xiàn)場觀察，管道缺陷部位3PE防腐層存在補(bǔ)傷痕跡，將補(bǔ)傷片剝離后，管道缺陷部位外表面凹凸不平且外表面熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層缺失，如圖 2所示。

根據(jù)上述結(jié)果，初步懷疑該處缺陷部位的管道外表面疑似歷經(jīng)本體修復(fù)，有必要進(jìn)一步表征管道缺陷部位與附近母材區(qū)域表面性能的差異。

在缺陷對應(yīng)位置選取2～3個區(qū)域進(jìn)行輕微研磨、拋光，用硝酸乙醇進(jìn)行腐蝕，進(jìn)一步觀察宏觀形態(tài)。如圖 3所示，缺陷點(diǎn)表面色澤光亮，未見裂紋、腐蝕坑等缺陷，但管道表面存在明顯的分界線，疑似焊補(bǔ)痕跡。

焊補(bǔ)是對管道壁面局部反復(fù)加熱、熔融的過程，會引起焊補(bǔ)部位金相組織與性能的變化。為表征缺陷點(diǎn)疑似焊補(bǔ)部位與缺陷點(diǎn)附近其他部位金相組織與性能的差別，對內(nèi)部缺陷對應(yīng)部位的外表面進(jìn)行現(xiàn)場硬度測試與金相組織檢驗(yàn)。

2.2 硬度測試

在管道外表面缺陷點(diǎn)疑似焊補(bǔ)部位和其余部位分別取樣，如圖 4所示。用Equotip-Piccolo2型便攜式里氏硬度計(jì)進(jìn)行表面硬度測試[3]，結(jié)果如表 1所示。

由表 1可知，遠(yuǎn)離疑似焊補(bǔ)部位、焊縫左側(cè)母材部位的硬度相對較高，最高可達(dá)242.2 HB，而疑似焊補(bǔ)部位的硬度較低，最低僅有125.3 HB。說明疑似焊接部位的力學(xué)性能與母材部位管壁相比存在顯著差異。

2.3 金相分析

為表征缺陷點(diǎn)疑似焊補(bǔ)部位與缺陷點(diǎn)較遠(yuǎn)部位管道母材組織的差別，在缺陷點(diǎn)疑似焊補(bǔ)部位和母材部位分別選點(diǎn)，根據(jù)金屬顯微組織檢驗(yàn)方法[4]，進(jìn)行金相檢驗(yàn)分析。金相檢測部位經(jīng)輕微研磨、拋光、硝酸乙醇腐蝕后，用金相顯微鏡進(jìn)行組織觀察，結(jié)果如圖 5所示。

圖 5  缺陷部位金相組織 

    結(jié)果可知，管道母材的金相組織均為鐵素體，呈帶狀分布，晶粒細(xì)小，如圖 5（a）（b）所示；熱影響區(qū)靠近母材一側(cè)為重結(jié)晶區(qū)，晶粒相當(dāng)細(xì)小，而靠近熔合區(qū)一側(cè)組織略微粗大，如圖5（c）所示；熔合區(qū)組織為針狀鐵素體，且晶粒比較細(xì)小。如圖 5 （d）所示。此外，缺陷點(diǎn)宏觀鏡面形貌存在明晰可辨的反復(fù)堆焊的重疊狀融合線，進(jìn)一步表明缺陷外表面歷經(jīng)焊補(bǔ)操作，如圖 6所示。

綜上所述，焊補(bǔ)組織未見嚴(yán)重過熱組織缺陷，也未見裂紋、疏松等焊接缺陷。焊補(bǔ)部位與母材部位金相組織存在顯著差別，與硬度檢驗(yàn)結(jié)果中兩部位存在的差別存在對應(yīng)關(guān)系。

2.4 缺陷成因分析

該處管道內(nèi)檢測缺陷產(chǎn)生的原因是管道外表面焊補(bǔ)所致，具體表現(xiàn)為：該處管道本體缺陷點(diǎn)存在明顯的焊補(bǔ)痕跡，遠(yuǎn)離焊接部位的母材區(qū)域硬度較大，焊補(bǔ)部位區(qū)域硬度較小，焊補(bǔ)部位組織與母材部位金相組織存在顯著差別，導(dǎo)致兩者硬度存在差別。

進(jìn)一步分析，由于管道本體外表面歷經(jīng)焊補(bǔ)，導(dǎo)致焊補(bǔ)部位與管道本體母材部位存在明顯力學(xué)性質(zhì)差異，容易形成“大陰極小陽極”效應(yīng)，導(dǎo)致焊補(bǔ)位置發(fā)生腐蝕。

3 結(jié)論與建議

在不割管、不影響管道正常運(yùn)行的情況下，通過宏觀分析、硬度測試、金相組織分析確定內(nèi)檢測缺陷部位存在焊補(bǔ)現(xiàn)象，但這一結(jié)論是基于高度懷疑管道缺陷部位歷經(jīng)焊補(bǔ)行為而進(jìn)行的驗(yàn)證結(jié)果。為驗(yàn)證結(jié)果的準(zhǔn)確性，有必要進(jìn)一步對管道割管取樣進(jìn)行化學(xué)分析。管道違規(guī)焊補(bǔ)造成焊補(bǔ)位置容易發(fā)生腐蝕，嚴(yán)重危害管道運(yùn)行安全，應(yīng)杜絕此類事件發(fā)生，為此提出以下建議。

（1）嚴(yán)格管道采購、檢驗(yàn)、安裝全過程質(zhì)量控制和管道防腐層、本體保護(hù)，防止任何形式的管道損傷，強(qiáng)化管道安裝、監(jiān)理人員的質(zhì)量和安全意識。

（2）嚴(yán)格禁止以焊補(bǔ)的形式修補(bǔ)管道外表面損傷。

（3）加強(qiáng)管道安裝質(zhì)量驗(yàn)收環(huán)節(jié)各方責(zé)任落實(shí)，杜絕一切未經(jīng)記錄的缺陷轉(zhuǎn)移到管道運(yùn)營環(huán)節(jié)。

（4）安裝階段針對可能的管道本體損傷，完善管理制度的不符合項(xiàng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王良軍，李強(qiáng)，梁菁嬿. 長輸管道內(nèi)檢測數(shù)據(jù)比對國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 油氣儲運(yùn)， 2015，34(03)： 233-236.

[2] 王海濤，李仕力，張智，等. 管道無損檢測缺陷致因分析案例的啟示[J]. 管道保護(hù)， 2020(1)： 56-59.

[3] 高怡斐，董莉. GB/T 17394.1-2014，金屬材料里氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法[S]. 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會， 2014： 16.

[4] 李繼康，趙曉麗，欒燕，等. GB/T 13298-2015，金屬顯微組織檢驗(yàn)方法[S]. 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會， 2015： 8.

作者簡介：譚春波， 1982年生，工程師，現(xiàn)主要從事長輸天然氣管道生產(chǎn)運(yùn)行和管道保護(hù)管理工作。

通訊作者：陳帝文，男， 1991年生，碩士研究生，現(xiàn)主要從事長輸天然氣管道完整性管理工作。聯(lián)系方式： 020-66816357/18320726009，chendw@gdngg.com.cn。