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          事故案例

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          馬來西亞某山區X70管道環焊縫開裂原因及防控措施

          來源:《管道保護》雜志 作者:戴聯雙 時間:2021-1-21 閱讀:

          欄目主持人戴聯雙博士:2014年和2018年,馬來西亞SSGP管道在地質災害活動頻繁的山區發生兩次環焊縫開裂事故。事故調查發現,環焊縫存在低強匹配現象,降低了管道的應變能力,對位移載荷尤其敏感,需要新的焊接工藝規程保障焊縫的高應變能力,以與母材保持匹配。

           

          1 SSGP管道概況

          SSGP輸氣管道建成于2013年,全長512公里。螺旋焊縫鋼管,管材X70,管徑914毫米,壁厚14毫米至20毫米,輸送能力84萬立方米/小時。途經復雜地形區域,穿越大量河流、濕地、茂密森林,以及棕櫚樹覆蓋的高海拔山地。

          該管道設計遵循ASME B31.8:2007《輸氣和配氣管道系統》輸送非酸性氣體規范要求,設計壽命為25年,采用內涂層和溶解環氧涂層防腐。施工期間,焊接工藝規程(WPS)完全與API 1104《管道及有關設施的焊接》規范保持一致,采用的纖維素焊條和其他焊接工藝參數都符合規范要求,且綜合考慮了管道施工、運行和外部環境可能承受的軸向載荷,抗應變能力為0.5%(當管道位于地質災害活動頻繁區域,應變量超過0.5%時將會危及管道運行安全)。

          2 事故應對措施

          兩次環焊縫開裂事故都發生在Sarawak地區。第一次事故發生于2014年6月(圖 1),導致管道停輸2年。期間,開展了大量失效調查、技術研究和現場修復工作。包括:①管道全線地質災害排查和相關地災防控技術研究;②建設施工期全部射線底片復查;③開裂環焊縫實驗室分析;④成功修復了幾百處危害性環焊縫。

          第二次事故發生于2018年1月(圖 2),再次開展了現場修復和技術研究工作。包括:①委托位于新加坡的DNV GL公司開展失效調查;②制定具有高應變能力的焊接工藝規程;③確定能夠達到焊接高應變能力焊縫的焊工資質。

          此外,針對所有識別出來的存在地質災害風險區域的管段進行再檢測。檢測方法主要是非接觸式漏磁檢測(MTM)和管道內檢測(ILI),用以識別管道發生彎曲和存在應變變形狀態的位置。識別出的高風險環焊縫都進行了開挖,并采用超聲檢測(PAUT,TOFD)、磁粉檢測(MT)、渦流檢測(EC)和射線檢測(RT)確定環焊縫是否存在缺陷。

          3 全尺寸彎曲試驗

          檢測確定,發生開裂的兩處環焊縫存在錯邊和根部缺陷(均在驗收指標范圍內,不存在超標缺陷)。為了評估環焊縫與母材的匹配性對管道承受外載荷引起的位移應變能力(環焊縫抗應變能力),開展了兩次模擬管道環焊縫現狀(均含有錯邊和根部缺陷)的全尺寸彎曲試驗。

          試驗一:采用SSGP的原焊接工藝規程。環焊縫機械性能測試報告顯示,其拉伸強度576~635 MPa,符合API標準(570~760 MPa)規定。焊縫、熱影響區和母材的沖擊功分別為62.7 J、 127.3 J和262.7 J。試驗結果顯示:失效發生在環焊縫位置,失效時的拉伸應變小于0.5%(在根部預制了深3.0 mm、長190 mm缺陷,并伴有2 mm錯邊)。試驗管段的水壓和環焊縫最大位移分別是9.2 MPa和200.94 mm。開裂位置和形貌見圖 3。

          試驗二:采用具備高應變能力的焊接工藝規程。根焊采用E7016-H4,熱焊、填充和蓋帽都采用E9045-P2 H4R,手工電弧焊堿性實心焊條。環焊縫機械性能測試報告顯示,拉伸強度613~670 MPa,符合API標準(570~760 MPa)規定。焊縫、熱影響區和母材的沖擊功分別為160 J、 281 J和298 J。試驗結果顯示:失效發生在母材位置,失效時的拉伸應變大于3%(在根部預制了深2.9 mm、長190 mm、寬0.7 mm的缺陷,并伴有2 mm錯邊)。見圖 4、圖 5。

                              

          試驗二超過3%應變水平和9.6 MPa內壓情況下環焊縫沒有發生開裂,表明改進焊接工藝規程使得環焊縫具有高應變能力,其強度跟母材相比具有較強匹配但沒有過度匹配,提高了管道整體結構的抗外部位移載荷能力(抗應變能力)。

          4 高強鋼管道安全保障建議

          結合SSGP兩次事故調查和全尺寸彎曲試驗結果,針對高強鋼管道建設和運營提出如下建議。

          (1)使用優質和適用焊條(重視焊條的存放、烘干和使用),將會有效降低焊接過程中氫脆和延遲氫致裂紋的風險。

          (2)用堿性焊條代替纖維素焊條(如X70鋼管道用E9045代替E8010),使得焊縫與母材達到等強或較強匹配。

          (3)結合E6010根焊和E8010熱焊、填充和蓋帽焊接現狀分析,使用E8010纖維素焊條最大應變能力只達到0.48%。而使用適合的較強匹配焊條使焊縫應 變能力超過了3%。環焊縫模擬分析和全尺寸彎曲試驗(承受內壓情況下)都驗證了這種情況。

          (4)針對可能存在地災風險的區域應在設計時考慮采用基于應變的設計代替基于應力的設計;贑TOD斷裂韌性和應變水平制定具備高應變能力焊縫的焊接工藝規程。

          (5)實時監測地災危害因素,以便及時采取快速和適用響應措施。

          (6)通過滑坡固定、限制土體移動等措施防控地質災害風險。

          提高環焊縫應變能力,保持管道環焊縫與母材之間等強或較強匹配是提高管道抗位移載荷的有效措施,尤其在地質災害頻繁發生的區域,應從設計上考慮具備高應變焊縫的焊接工藝規程和地質災害防控措施。

          在談論強度匹配性提高抗外部載荷能力的時候,需要考慮焊縫的韌性儲備問題,只有具備足夠的韌性儲備,才會上升到匹配的問題,否則在尚未發生因匹配失效的情況下,易發生脆性斷裂失效。

           

          (原文名稱: AIM-PIMG2019-1068 : HIGH STRAINWELD SOLUTIONS FOR GEOHAZARD ACTIVEENVIRONMENT. 戴聯雙翻譯,管道建設期有關信息來自網絡。)

           

          作者:戴聯雙,博士, 1983年生,現就職于國家石油天然氣管網集團有限公司,注冊安全工程師、二級安全評價師、管道檢驗師。負責編寫了《油氣管道安全防護規范》( Q/SY1490),參與起草公安部標準《石油天然氣管道系統治安風險等級和安全防范要求》(GA 1166)、國家標準 《油氣輸送管道完整性管理規范》( GB 32167)等多項標準。在國內外期刊先后發表論文10余篇,參與編著了《管道完整性管理技術》《油氣管道事故啟示錄》《油氣管道清管技術與應用》等書籍。近年來多次獲得中石油集團科學技術進步獎、河北省科學技術進步獎、管道科學獎等。

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