浅谈长输管道设计、施工中的几点安全问题

浅谈长输管道设计 施工中的几点浅谈长输管道设计 施工中的几点 安全问题安全问题 一 前言一 前言 随着管道输送工艺的不断发展 管道输送以其输送成本低 管理方便等优势 在各个领域的应用越来越广 在国民经济发 展中的作用越来越大 但由于管道工程投资大 建设周期长 整体性强 因此 管道安全问题显得尤为重要 下面就谈一谈 长输管道设计 施工中的几点安全问题 二 管道材质的选择二 管道材质的选择 由于在相同管径和输送压力下 选用高强度钢材可以减少 钢材用量 进而降低管材的运输 施工等费用 因此出于经济 角度考虑 目前国内外在管材选择上多使用高强度钢材 如 x65 x70 x80 等 但由于冶金 轧制等技术原因 目前高强 度钢管 尤其是 x80 这样的超高压力钢管还存在着一定问题 一是产品质量控制难度大 在管材内部易出现隐形缺陷 二是 随着强度的提高 管材韧性尤其是管材冲击韧性的上平台能 cnn 值 难以得到相应提高 这两种因素的迭加 再加上管材在 运输和施工过程中造成的损伤 使得高强度管道发生延性断裂 的几率大大增加 据有关资料统计 使用 x60 以上级管材的各级管道 均有 管道发生过延性断裂 因此对长输管道而言 由于其管径大 输送距离长 管材内部缺陷 运输施工损伤及焊缝缺陷漏检几 率增大 再加上管道沿途不乏人口密集地区 输送介质一般又 为易燃易爆或有毒介质 这就对管道安全提出了更高的要求 因此 目前在管道材质选择上应选用技术较为成熟 cnn 值较 高 焊接工艺成熟的 x60 x65 级钢管为宜 三 管道的断裂与止裂三 管道的断裂与止裂 1960 年美国 transwestem 公司在对一条直径 762 材质 x52 的输气管道进行气压试验时 管道发生断裂 断裂长度为 13km 裂源为一根管子在运输过程中造成的损伤 起裂后 裂 纹向两边扩展 一端碰到一个厚壁三通后止裂 另一端碰到一 根韧性较大的管子而止裂 若当时管道已投入运营 管内介质 为有毒或易燃易爆气体 发生这样的断裂 其灾难性后果是可 以想象的 因此 对材质等级较高的管道在设计时应考虑管道 裂纹失稳扩展的控制 管道断裂可以分为脆性断裂和韧性断裂两种 就脆性断裂 而言 随着冶金技术水平的提高 目前象 x70 钢其韧性形貌转 变温度已达到 40 以下 在我国这样的气候条件下 一般不具 备发生脆性断裂的条件 但当管道的 cnn 值较低时 在常温下 管道易发生韧性断裂 近来的研究表明 虽然对于韧性断裂 其裂纹扩展速度一般只有 60 250m s 而象天然气等气体的 减压波速度约为 400m s 按照过去的理论 裂纹似乎应该止 裂 但对于输气管道而言 因为在减压波的后面 裂纹尖端处 的输送介质仍保留有一定的压力 在气体释放过程中 由于气 体体积的快速膨胀 把能量传给裂纹 如果在此温度下材料的 cnn 值较低 仍会造成裂纹的继续扩展 在裂纹处残留的压力 越高裂纹扩展速度越快 并且随着环向应力和管道直径的增加 产生韧性断裂失稳扩展的趋势就越大 也就是说止裂越困难 尤其是近年来 出于管输的经济效益考虑 对管径 输送压力 管材强度等级的选取越来越高 在这样的条件下 要防止管道 韧性断裂的发生 就对管材的韧性提出了更高的要求 例如 据有关资料介绍 对于西气东输管道 管道材质为 x70 管径为 1016mm 壁厚为 19mm 输送介质为天然气 要使其能自身 止裂 其上平台能应达到 154j 可见 要达到这样的韧性指标 是很困难的 也是不经济的 因此说 对于长输管道 若选用 x65 级以上的管材 应考 虑设置止裂装置 如设置止裂环 间断插入低强高韧性钢管等 同时出于经济考虑 应根据不同的地区级别 确定经济合理的 止裂装置设置间距 四 地震活动断层对管道的影响四 地震活动断层对管道的影响 长输管道输送距离长 一般会经过多处活动断层地带 因 此应在地质勘察的基础上 结合国内外先进的抗震经验 对穿 越断层段进行仔细的分析和研究 制定出可靠的抗震方案 近几年来 美国橡树岭国家实验室对穿越活动断层的埋地 管道做了大量的研究 在理论和解决措施上均取得了很大成就 但由于地层活动的复杂性 目前也尚未完全解决这一问题 因 此在穿越活动断层埋地管道设计时还需在 埋地管道抗震规范 的基础上 针对断层具体情况作进一步的探讨 另外 为防止地层活动造成管道破坏采取有效的预防手段 是非常必要的 如对活动断层段的管道位移或应力变化进行监 测 并将其纳入管道控制之中 以便随时掌握断层活动情况和 管道安全状况 确保管道运行安全 五 管道的质量检验五 管道的质量检验 管道质量的好坏不仅与管道寿命 经济效益息息相关 而 且直接关系着管道的运行安全 因此 对管道建设的设计 采 购 施工等各个环节和工序均应进行严格的质量检验和控制 目前我国的长输管道质量检验评定标准和施工规范中对设计 原材料检验以及各施工工序质量的检验和控制均有了较为详细 的规定 这里不再重复 但施工规范中对管道试压检验的规定 值得作进一步的探讨 我国现行规范一般规定以液体作试压介质时 试验压力取 为管道设计工作压力的 1 25 倍 严密性试验压力为设计工作 压力 试压分为分段试压和整体试压两道工序 根据我国有关 设计规范的规定 管道操作压力一般取材料规定最低屈服极限 的 0 72 倍 也就是说强度试验压力相当于材料规定最低屈服 极限的 0 9 倍 应该说这样的试验压力是偏低的 据有关资料 统计 以材料实际屈服极限的 0 9 倍这样的应力水平进行试压 只能排除管道中 25 30 的缺陷 再考虑不同厂家供应的钢 材其实际屈服极限与规定值的差别 这样一种静态的试验方法 所排除的缺陷比例将更低 因此说 这样的试验方法不是完全 合适的 而使用目前国外应用较为广泛的压力一容积图这一动 态控制手段 将试验压力控制在 0 95 1 0 倍材料实际屈服 极限之间更为科学 这样一方面 据统计可以暴露出 60 以上 的有害缺陷 另一方面 对不同的管材均可适用 对试压工序而言 由于长输管道距离长 缺陷总量多 再 加上缺陷暴露的先后有别 致使试压时反复升压降压 这样由 于缺陷处裂纹扩展的积累 会使管材出现承压能力逆转现象 这就是很多管道试压时 前几次试验压力达到较高水平时才出 现泄漏 但后面的试压却在较低压力水平时出现泄漏的原因 因此 试压时采用高试验压力 低试验次数的试验方法较 为合理 具体的做法可以对管道分段进行强度试压 因为此时 管道长度短 缺陷总量少 可以有效降低升降压次数 各段间 连接的死口进行 100 超声波和射线探伤 取消整体强度试压 而只做整体严密性