王凡

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)北方管道西安輸油氣分公司

長(zhǎng)輸管道在建設(shè)期間需經(jīng)過(guò)不同地質(zhì)區(qū)域，特別是在山區(qū)，管道敷設(shè)后一段時(shí)間內(nèi)，會(huì)存在不同程度的下沉，若管道底部未按照要求施工或沉陷量較大，則難免會(huì)出現(xiàn)山區(qū)管道下部石塊約束管道的情況，如不及時(shí)處理，可能導(dǎo)致管道防腐層破損、管道腐蝕穿孔、管道變形斷管等嚴(yán)重后果。

1  事件背景

2022年，北方管道西安輸油氣分公司根據(jù)環(huán)焊縫排選點(diǎn)方案，對(duì)蘭鄭長(zhǎng)成品油管道某處焊縫進(jìn)行開(kāi)挖驗(yàn)證。該管段設(shè)計(jì)壓力14 MPa，管徑610 mm，材質(zhì)L450MB，標(biāo)稱(chēng)壁厚15.9 mm。焊縫位于彎頭連接口，彎頭側(cè)壁厚17.5 mm，直管段壁厚15.9 mm，焊縫高程約1300 m。經(jīng)計(jì)算該處壓力最小值為6.8 MPa，當(dāng)前管道為停輸狀態(tài)。開(kāi)挖過(guò)程中發(fā)現(xiàn)管道下方有大尺寸塊石，塊石露出面積約0.64 ㎡，隨后沿塊石邊緣向下開(kāi)挖60 cm，仍未見(jiàn)其底部，塊石頂部已與管道接觸，接觸長(zhǎng)度約30 cm。管道防腐層與塊石接觸處已有肉眼可見(jiàn)的變形，彎頭側(cè)環(huán)氧粉末有空鼓、剝離情況，3PE及補(bǔ)口冷纏帶出現(xiàn)褶皺（該處管道埋深2.3 m，已開(kāi)挖作業(yè)坑長(zhǎng)3.5 m）。

2  處置經(jīng)過(guò)

5月26日，檢測(cè)單位依次對(duì)開(kāi)挖出的兩條焊縫處進(jìn)行了第一次應(yīng)力檢測(cè)及無(wú)損檢測(cè)（包括外觀檢測(cè)、超聲波相控陣檢測(cè)、TOFD、磁粉檢測(cè)），石塊頂管處檢測(cè)部位為－740 mm～＋650 mm。維修隊(duì)使用千斤頂及弧板對(duì)管道進(jìn)行了支護(hù)。

5月27日，承包商對(duì)遠(yuǎn)離管道石塊邊緣進(jìn)行了嘗試性手工破碎，但由于石塊堅(jiān)硬，未能有效破碎。隨后承包商聯(lián)系專(zhuān)業(yè)石匠攜帶專(zhuān)業(yè)工具趕赴現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)石塊邊緣進(jìn)行手工破碎。碎石之前維修隊(duì)使用橡膠皮對(duì)需要破石的管段進(jìn)行了保護(hù)。第一次應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果顯示應(yīng)力較大。        

5月28日，石塊破碎首次釋放管線應(yīng)力，管線下降約30 mm，現(xiàn)場(chǎng)施工及監(jiān)護(hù)人員感受到地面下沉明顯。進(jìn)行第二次頂管處焊縫應(yīng)力檢測(cè)，結(jié)果顯示應(yīng)力消減明顯。

5月29日，石塊破碎第二次釋放管線應(yīng)力，管線下降約10 mm。石塊破碎完成后，破碎面距離管道本體300 mm。本次破拆的石塊過(guò)于堅(jiān)硬，專(zhuān)業(yè)破石鉆頭損壞4根，2名專(zhuān)業(yè)石匠共計(jì)耗時(shí)25小時(shí)，共破拆石塊約0.15 m3。解除管線千斤頂支撐，管線無(wú)明顯變化。進(jìn)行第三次焊縫處應(yīng)力檢測(cè)和第二次無(wú)損檢測(cè)。

5月31日，第三次應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果表明應(yīng)力消減效果顯著。

3  檢測(cè)數(shù)據(jù)

（1）應(yīng)力檢測(cè)。第一次超聲波軸向應(yīng)力檢測(cè)共測(cè)量了4處截面，截面位置如圖 1所示，每個(gè)截面上測(cè)點(diǎn)分布如圖 2所示�，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量應(yīng)力最大值位于截面④的0點(diǎn)鐘方向，承受340 MPa的拉應(yīng)力，X65鋼材的屈服強(qiáng)度為450 MPa，強(qiáng)度比值為0.76。

圖 1 截面位置示意圖

圖 2 變壁厚管段測(cè)點(diǎn)分布圖

第二次應(yīng)力檢測(cè)，③、④截面復(fù)檢結(jié)果表明：截面④的0點(diǎn)鐘方向承受210 MPa的拉應(yīng)力，強(qiáng)度比值為0.47，與初測(cè)相比減小130 MPa，消減效果明顯，其余點(diǎn)位應(yīng)力較小。

第三次應(yīng)力檢測(cè)，①、②、③、④截面二次復(fù)檢結(jié)果表明：截面③、④應(yīng)力消減效果更好，截面④的0點(diǎn)鐘方向承受150 MPa的拉應(yīng)力，強(qiáng)度比值為0.33，與初測(cè)應(yīng)力相比整體減小較多，與第二次檢測(cè)相比消減效果不如前次明顯，個(gè)別點(diǎn)位應(yīng)力變化不大。截面①、②檢測(cè)應(yīng)力均較小，整體變化規(guī)律不明顯。

（2）無(wú)損檢測(cè)。第一次全焊縫檢測(cè)結(jié)果為一條合格；一條由于有石塊頂管，檢測(cè)結(jié)果為8點(diǎn)鐘方向?qū)娱g未熔合，9點(diǎn)鐘方向根部未焊透。檢測(cè)部位－740 mm～＋650 mm。

石塊清理完畢后，第二次全焊縫檢測(cè)結(jié)果均合格，檢測(cè)部位＋630 mm～＋1200 mm，缺欠主要為坡口未熔合和夾渣。復(fù)評(píng)結(jié)果為可接受。

4  啟示

本次石塊頂管的主要風(fēng)險(xiǎn)在于應(yīng)力變形，同時(shí)，若管道環(huán)焊縫存在缺陷，極有可能因焊縫處受應(yīng)力影響導(dǎo)致疲勞失效，存在較大的隱患。由于石塊較大，從下部開(kāi)挖去除石塊極有可能導(dǎo)致石塊橫向受力不均衡，產(chǎn)生單側(cè)應(yīng)力突變?cè)斐晒艿罁p傷，甚至發(fā)生管道破裂斷管等。分公司在分析判斷后選擇了保守的人工去除石塊的方法，同時(shí)進(jìn)行必要的應(yīng)力檢測(cè)，確保管道在可控的狀態(tài)下進(jìn)行處置。

長(zhǎng)輸管道敷設(shè)完成后會(huì)有部分沉降，建議在管道環(huán)焊縫開(kāi)挖驗(yàn)證過(guò)程中增設(shè)應(yīng)力檢測(cè)環(huán)節(jié)，若應(yīng)力超出標(biāo)準(zhǔn)值，則需要采取應(yīng)力釋放措施。

作者簡(jiǎn)介：王凡，1989年生，2013年畢業(yè)于西安石油大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專(zhuān)業(yè)，西安輸油氣分公司管道（保衛(wèi)）科科員，主要從事管道管理工作。聯(lián)系方式：15229325202， wangfan01@pipechina.com.cn。