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          事故案例

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          加拿大X70鋼管道建設期環焊縫裂紋產生原因及運行對策

          來源:《管道保護》2021年第5期 作者:張強 楊玉峰 編譯 時間:2021-10-12 閱讀:



          Enbridge公司LSr管道建于2008年,管徑508 mm,標稱壁厚6.4 mm ,在加拿大境內分別敷設X70鋼管道278 km和X80鋼管道10 km。鋼管均由加拿大Evraz Inc.提供,采用電阻焊(ERW)工藝制造。

          1  環焊縫裂紋評估情況

          LSr管道建設期間嚴格遵守CSA Z662―07第7.11條環焊縫無損檢測要求,進行了100%射線檢測,并對其中58%的環焊縫作了延遲無損檢測,重點是冬季大風和嚴寒天氣條件下施工作業的環焊縫,共檢測出21道含裂紋環焊縫。

          經CC Technologies公司對上述含裂紋環焊縫開展工程臨界評估,確定含裂紋環焊縫的剩余壽命為17年。據此,Enbridge公司認為,管道已成功通過強度測試和密封試驗,存在的臨界環焊縫缺陷不會對管道完整性構成直接威脅,定期采用常規漏磁內檢測(MFL)可充分監測裂紋擴展情況,以確保管道始終保持完整的狀態。

          為了進一步了解管道含裂紋環焊縫的安全狀態,Enbridge公司又聘請Ludwig公司選取15道含裂紋環焊縫開展工程臨界評估,主要內容包括:使用CorLAS™軟件計算15道含裂紋環焊縫的失效壓力,計算與每處裂紋相關的臨界裂紋深度,以確定裂紋失效形式是泄漏還是斷裂;采用2種不同的方法確定15道含裂紋環焊縫的剩余疲勞壽命:①取Enbridge L13管道(可代表LSr管道的預期運行條件)壓力數據近似值;②用 L13管道實際壓力數據。如果評估結果表明L13管道的環焊縫裂紋尺寸與15道環焊縫裂紋的尺寸相似,其預期疲勞壓力大于163%MOP,并且剩余疲勞壽命超過17年,則認為,LSr管道存在的環焊縫裂紋不會對管道的完整性造成直接威脅。

          2  環焊縫裂紋成因分析

          匯總每道含裂紋環焊縫的相關信息,主要包括:焊縫編號、樁號,上游和下游鋼管編號和爐號,焊縫完成日期和時間,用于完成焊接的對口夾具類型,無損檢測完成日期,焊縫完成后的運行時間,發現裂紋時管道是否仍露出地面或已掩埋,焊接時的天氣狀況。

          經Ludwig公司對15道含裂紋環焊縫進行金相組織評估,確定的裂紋成因機理包括以下主要因素。

          (1)預熱不足和層間溫度不達標。焊縫中氫擴散速率很大程度上取決于溫度。在快速連續溶敷焊道時,后續通道產生的熱量允許先前焊道中的氫能擴散開并逸出焊縫表面。如果焊縫快速冷卻到較低環境溫度,已進入焊縫的氫很容易被捕獲而聚集在焊縫中。

          (2)焊口承受了高應變。環焊縫施工期間的管道應力通常被認定為氫致開裂的重要致因因素。正常焊接施工期間,抬起管接頭時,焊縫處于半完成狀態,與鋼管相比具有更小的橫截面,提升荷載主要集中在焊接區域。管道對口可能導致載荷集中于焊接區域。管道回填引起的沉降會產生附加應力,環焊縫存在的錯邊和不連續的結構等也可能會造成焊縫區的應力集中。

          3  環焊縫延遲氫致裂紋可能性

          LSr管道第9標段環焊縫施工時間、檢測情況及延遲氫致裂紋可能性見表 1,第11標段相關情況見表 2。


          1 9標段環焊縫延遲氫致裂紋可能性評估


          2 11標段環焊縫延遲氫致裂紋可能性評估


          根據表 1、表2評估結果,認為LSr管道環焊縫存在延遲氫致裂紋的可能性極低。

          4  高鋼級管道環焊縫排查建議

          (1)進一步完善焊接工藝評定。制定焊接工藝規程應考慮不同環境因素對焊接質量的影響,開展預熱溫度、焊道層數、大風和嚴寒天氣等因素的正交實驗,規定不同條件下每個焊工可完成的焊道數量,為第三方監理作業提供充分的依據。

          (2)加強數據統計分析工作。聘請專業焊接技術研究單位和數據分析公司,從焊縫施工日期、歷史氣候條件、年度完成焊口數量等多因素分析焊接質量,明確重點關注對象。

          (3)及時開展工程臨界評估。對已割除的含裂紋環焊縫進行評估,預估相關失效應力、失效形式(泄漏或斷裂)和剩余疲勞壽命,為后續含裂紋環焊縫的風險管控措施提供依據。

          (4)開展在役管道環焊縫缺陷識別方法研究。通過多因素分析,評估最有可能存在危害性環焊縫缺陷的位置,進一步確定環焊縫質量排查的范圍,提高工作效率。

          (5)采用多輪次(縮短內檢測周期)、多類型(漏磁、超聲、渦流等組合)管道內檢測策略,監測管道環焊縫缺陷的擴展情況,及時識別危害性環焊縫缺陷。

           

          (本文由戴聯雙與北方管道公司科技研究中心張強、楊玉峰聯合編譯,譯自:Enbridge Light Sour (lsr) Pipeline Project Engineering Report Regarding Girth Weld Cracking and Longitudinal Seam Weld failures. Enbridge Pipelines Inc. February 4,2009)

           

          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》,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》、國家標準 《油氣輸送管道完整性管理規范》等多項標準。在國內外期刊先后發表論文數十篇,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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