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          管道研究

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          山區管道應力異常處置案例分析

          來源:《管道保護》2023年第2期 作者:王凡 時間:2023-4-14 閱讀:

          王凡

          國家管網集團北方管道西安輸油氣分公司

           

          長輸管道在建設期間需經過不同地質區域,特別是在山區,管道敷設后一段時間內,會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,則難免會出現山區管道下部石塊約束管道的情況,如不及時處理,可能導致管道防腐層破損、管道腐蝕穿孔、管道變形斷管等嚴重后果。

          1  事件背景

          2022年,北方管道西安輸油氣分公司根據環焊縫排選點方案,對蘭鄭長成品油管道某處焊縫進行開挖驗證。該管段設計壓力14 MPa,管徑610 mm,材質L450MB,標稱壁厚15.9 mm。焊縫位于彎頭連接口,彎頭側壁厚17.5 mm,直管段壁厚15.9 mm,焊縫高程約1300 m。經計算該處壓力最小值為6.8 MPa,當前管道為停輸狀態。開挖過程中發現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挖60 cm,仍未見其底部,塊石頂部已與管道接觸,接觸長度約30 cm。管道防腐層與塊石接觸處已有肉眼可見的變形,彎頭側環氧粉末有空鼓、剝離情況,3PE及補口冷纏帶出現褶皺(該處管道埋深2.3 m,已開挖作業坑長3.5 m)。

          2  處置經過

          5月26日,檢測單位依次對開挖出的兩條焊縫處進行了第一次應力檢測及無損檢測(包括外觀檢測、超聲波相控陣檢測、TOFD、磁粉檢測),石塊頂管處檢測部位為-740 mm~+650 mm。維修隊使用千斤頂及弧板對管道進行了支護。

          5月27日,承包商對遠離管道石塊邊緣進行了嘗試性手工破碎,但由于石塊堅硬,未能有效破碎。隨后承包商聯系專業石匠攜帶專業工具趕赴現場,對石塊邊緣進行手工破碎。碎石之前維修隊使用橡膠皮對需要破石的管段進行了保護。第一次應力檢測結果顯示應力較大。        

          5月28日,石塊破碎首次釋放管線應力,管線下降約30 mm,現場施工及監護人員感受到地面下沉明顯。進行第二次頂管處焊縫應力檢測,結果顯示應力消減明顯。

          5月29日,石塊破碎第二次釋放管線應力,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。本次破拆的石塊過于堅硬,專業破石鉆頭損壞4根,2名專業石匠共計耗時25小時,共破拆石塊約0.15 m3。解除管線千斤頂支撐,管線無明顯變化。進行第三次焊縫處應力檢測和第二次無損檢測。

          5月31日,第三次應力檢測結果表明應力消減效果顯著。

          3  檢測數據

          (1)應力檢測。第一次超聲波軸向應力檢測共測量了4處截面,截面位置如圖 1所示,每個截面上測點分布如圖 2所示,F場測量應力最大值位于截面④的0點鐘方向,承受340 MPa的拉應力,X65鋼材的屈服強度為450 MPa,強度比值為0.76。


          圖 1 截面位置示意圖

          圖 2 變壁厚管段測點分布圖

          第二次應力檢測,③、④截面復檢結果表明:截面④的0點鐘方向承受210 MPa的拉應力,強度比值為0.47,與初測相比減小130 MPa,消減效果明顯,其余點位應力較小。

          第三次應力檢測,①、②、③、④截面二次復檢結果表明:截面③、④應力消減效果更好,截面④的0點鐘方向承受150 MPa的拉應力,強度比值為0.33,與初測應力相比整體減小較多,與第二次檢測相比消減效果不如前次明顯,個別點位應力變化不大。截面①、②檢測應力均較小,整體變化規律不明顯。

          (2)無損檢測。第一次全焊縫檢測結果為一條合格;一條由于有石塊頂管,檢測結果為8點鐘方向層間未熔合,9點鐘方向根部未焊透。檢測部位-740 mm~+650 mm。

          石塊清理完畢后,第二次全焊縫檢測結果均合格,檢測部位+630 mm~+1200 mm,缺欠主要為坡口未熔合和夾渣。復評結果為可接受。

          4  啟示

          本次石塊頂管的主要風險在于應力變形,同時,若管道環焊縫存在缺陷,極有可能因焊縫處受應力影響導致疲勞失效,存在較大的隱患。由于石塊較大,從下部開挖去除石塊極有可能導致石塊橫向受力不均衡,產生單側應力突變造成管道損傷,甚至發生管道破裂斷管等。分公司在分析判斷后選擇了保守的人工去除石塊的方法,同時進行必要的應力檢測,確保管道在可控的狀態下進行處置。

          長輸管道敷設完成后會有部分沉降,建議在管道環焊縫開挖驗證過程中增設應力檢測環節,若應力超出標準值,則需要采取應力釋放措施。


          作者簡介:王凡,1989年生,2013年畢業于西安石油大學油氣儲運工程專業,西安輸油氣分公司管道(保衛)科科員,主要從事管道管理工作。聯系方式:15229325202, wangfan01@pipechina.com.cn。


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