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          管道研究

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          原油管道懸索式跨越工程安全檢測與評價分析

          來源:《管道保護》2022年第6期 作者:張妮 張建昌 解濤 王東文 時間:2022-12-22 閱讀:

          張妮 張建昌 解濤 王東文

          中國石油長慶油田公司第三輸油處

           

          摘要:懸索式跨越是原油管道跨越工程中被廣泛使用的結構,針對其結構安全性檢測及安全評價研究具有重要意義。目前我國懸索式跨越工程檢測及評價處于探索階段。從管道檢測和跨越結構安全檢測兩個方面闡述懸索式跨越工程的安全檢測,基于檢測結果進行安全評價。以某原油管道懸索跨越檢測為例,介紹其檢測內容,并在現行標準基礎上提出切合實際的安全狀況評價方法,為下一步養護維修提供依據。

          關鍵詞:原油管道;懸索跨越工程;管道檢測;安全評價

           

          管道跨越工程以懸索式跨越工程最為普遍[1]。懸索式跨越工程由于索系失效、鋼結構腐蝕失效和滑坡等地質災害等原因使管道安全風險增加,進行管道和跨越結構的檢測和安全評價具有非常重要的意義。原油管道的檢測評價以直接檢測或內檢測方式進行。懸索式跨越結構的檢測和評價類似懸索式橋梁工程的檢測和評價,但由于原油管道跨越的載荷形式有所差異,體現在安全評價過程中存在差異[2-5]。本文以西北地區某油田原油管道懸索跨越工程為例,進行檢測與安全評價。

          1  管道檢測與評價

          該跨越管道于2002年建成投產,運行期間維修換管6次。管道規格為Φ377 mm×9 mm無縫管,材質為L360,外防腐保溫材料為泡沫黃夾克,設計壓力為10 MPa。依據GB/T 37369―2019《埋地鋼制管道穿跨越段檢驗與評價》,開展管道檢測與評價,結果如下。

          (1)管道外防腐層和保溫層未見破損。

          (2)管段陰極保護系統處于有效保護狀態。

          (3)架空管段滿足避雷要求。

          (4)管道線性測量結果表明,跨越段管道存在不同程度的中心軸線偏離,從0 m至20.777 m,上浮最大距離24 cm;從20.777 m至32.777 m,下沉最大距離12 cm;從32.777 m至106.4 m,下沉最大距離5 cm;顯示管道存在豎向變形,如圖 1所示。


          圖 1 懸索跨越管道工程示例

          (5)按照GB/T 37369-2019進行跨越段管道應力分析及強度校核計算,結果表明強度符合運行要求,當前工況下滿足正常使用。但需要通過調節索系對管道變形加以抑制。

          2  跨越結構檢測與評價

          懸索式跨越結構分為支撐結構和管道結構。支撐結構包括鋼塔架、鋼桁架梁、橋塔、塔架混凝土基礎、索系及索系錨固墩等受力結構;管道結構主要是管道連接件。該跨越結構2座塔架均為四柱K型鋼結構,管道主跨106.4 m。索系主索、后拉索、側拉索、吊索規格數量分別為:Φ48 mm主索2根;Φ40 mm后拉索2根;Φ21.5 mm側拉索共4根,每座塔架2根;Φ13 mm吊索64根。根據SY/T 6068―2014《油氣管道架空部分及附屬設施維護保養規程》,參考CJJ 99―2017《城市橋梁養護技術標準》,檢測與評價分別按索系、鋼塔架結構、錨固墩及塔架基礎、管道連接四個部分進行。

          2.1  索系檢測與評價

          (1)索系防護。檢測內容包括索防護層、索系錨具夾具及夾具螺栓、錨機防水等。檢測結果如圖 2所示,索系防護失效導致腐蝕,索系有效受力面積減小,其力學性能降低。分別從索防護層破損開裂程度、錨具夾具及其螺栓銹蝕程度或螺栓松動程度、錨具潮濕程度進行評價。依據GB/T 37369-2019要求,銹蝕面積在10%以上建議立即更換。本次檢測結果未超出標準要求。


          圖 2 索系側向穩定索表面黃油脫落

          (2)索力檢測。按照實測索力和設計索力比值及受力均勻程度進行評價。索力檢測主要針對主索及吊索等受力支撐結構,采用索力動測儀進行測量。檢測結果:主索及吊索索力均低于設計破斷索力,其實際受力均在許用應力范圍內,但存在東西兩側吊索索力分布不均現象,西側吊索相對于東側吊索差值百分比大于10%的共有19組,最大相差47.07%,如圖 3所示。雖然標準沒有明確規定,但主索和吊索索力分布不均容易導致塔架偏位風險,應調整吊索使其受力均勻。


          圖 3 南北側吊索索力及索力差值百分比

          (3)索系探傷檢測。主要進行跨越工程鋼絲繩探傷檢測,當前尚無管道跨越工程鋼絲繩專項檢測評價標準,參考GB/T 9075―2008《索道用鋼絲繩檢驗和報廢規范》規定,鋼絲繩斷絲率2%以上應立即更換。

          當鋼絲繩使用時間超過其斷絲和磨損臨界點,斷絲、磨損速率加快,斷絲臨界點先于報廢點而磨損臨界點后于報廢點,見圖 4。本次采用斷絲及銹蝕磨損(有效截面減少量)雙指標評判。檢測評價結果表明:吊索、側向穩定索、主索和后拉索均允許使用。


          圖 4 斷絲、磨損臨界點與標準報廢點位置示意圖

          2.2  鋼塔架結構檢測與評價

          鋼塔架結構檢測主要包括外觀宏觀檢查、焊縫無損檢測、鋼塔架測厚、螺栓檢測等,參照SY/T 6068―2014,塔架逐層進行變色起皮、油漆剝落及一般銹蝕面積測量與計算,銹蝕面積大于5%應清理全部舊涂層,重新涂裝,F場外觀檢查東側鋼塔架為8層,西側鋼塔架為7層,如圖 5所示。本次將鋼塔架外觀分區域進行銹蝕面積檢測計算,相較于標準規定的塔架整體銹蝕面積測量與計算,檢測結果更為合理。評價過程中通過調整各項檢測值權重,評價結果更為可靠。根據塔架支座固定螺栓損壞狀況評估,建議對支座固定螺栓進行防腐保護處理。


          圖 5 塔架檢測

          2.3  錨固墩及塔架基礎檢測與評價

          錨固墩及塔架基礎分為外部檢測、裂紋檢測、混凝土檢測和板或錨桿折角檢測。檢測結果表明,錨固墩和塔架基礎均為混凝土,未發現塔架基礎沖刷和坍塌變形,僅表面存在裂紋和剝落。評價結果為不影響正常使用。

          2.4  管道連接檢測與評價

          管道連接構件包括管箍和連接螺栓,主要缺陷形式為螺栓松動和銹蝕,F場檢測結果:整個跨越索系與管道連接的20個管箍全部具有不同程度銹蝕,40個連接螺栓存在銹蝕,管道吊架明顯變形、傾斜并存在嚴重銹蝕,如圖 6所示。評價結果表明,管道連接構件是跨越最易發生腐蝕的部件之一,檢修和維護難度較大,需及時更換和重新涂裝,以提高跨越結構安全性。


          圖 6 管箍表面輕微腐蝕

          3  綜合評價

          根據管道檢測結果和跨越結構檢測結果,采用先分項再綜合的辦法,對原油管道懸索跨越工程的安全性進行整體評價。分項評價包含橋面、上部結構、下部結構、管道等,由于本跨越無梁及橋面,所以將原梁及橋面評價權重0.2按比例分配給上部結構(評價權重由0.3調整到0.375)、下部結構(由0.3調整到0.375)、管道(由0.2調整到0.25)。通過調整不同檢測項的權重值,使最終的綜合評價結果更加準確、合理,更接近工程實際。在此基礎上,依據GB/T 37369―2019,開展管道適用性評價(分為可接受、監控使用、限期維修或立即維修)。

          4  結論

          根據在役原油管道懸索式跨越工程的特點,本次安全檢測與評價分為索系、鋼塔架結構、錨固墩及塔架基礎、管道連接四個部分。在標準規范基礎上,充實和細化了檢測內容,綜合評價中調整了跨越結構和管道各檢測項的權重值,整體綜合評價結果更接近工程現狀,為下一步制定維修計劃提供數據支撐。懸索跨越適用性評價還有待進一步實踐總結。

           

          參考文獻:

          [1]王明波,侯浩,朱建平,等.油氣管道懸索式跨越工程結構安全性檢測與評價體系研究[J].公路交通技術,2020,36(1):84-89.

          [2]楊少軍.橋梁拉索體系損傷的檢測和監測方法[J].公路交通技術,2005,6(3):130-134.

          [3]唐浩,譚川,陳果.橋梁健康檢測數據分析研究綜述[J].公路交通技術,2014(5):99-104.

          [4]MCGUIRE B,ATADERO R,et al.Bridge information modeling for inspection and evaluation[J].Journal of Bridge Engineering,2016,21(4):60-63.

          [5]MEHRABI A.Cable stayed bridges inspection evaluation and rehabilitation [C].International conference on Sustainable civil infrastructure.Long Beach: [s.n.],2014.


          作者簡介:張妮,1993年生,油氣儲運地面工程師,現任技術管理部主辦,主要從事油氣儲運地面工程研究工作。聯系方式:13469606655,290174189@qq.com。


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