管道中的缺陷及修复

管道中的缺陷及修复管道中的缺陷及修复 油气管道断裂的基本原因来自管线中的缺陷 认识缺陷产 生的原因 并把缺陷减至最低限度 这对防止管道的断裂是十 分重要的 发现缺陷以后 正确的判断 并加以修复 也是十 分重要的 一 油气管道事故分析一 油气管道事故分析 一 事故的定义 出现何种问题才算是事故 我国尚无明确界限 美国许多 年前 就成立管道安全机构 原文为 office of pipeline safety by the operators 简称 opso 专门统计 研究 管理有关管道安全 方面的有关事宜 该组织将管道事故做出如下定义 并规定所 有符合该定义的事故均需向该组织报告 opso 将管道事故定义 如下 据初步了解 全世界大多数工业发达国家均采用此定义 1 造成人员死亡和重伤需送医院治疗者 2 需要更换输送管段者 3 造成天然气爆炸者 4 经济损失大于 5000 美元者 5 造成泄漏需立即修复者 6 用瓦斯及类似介质进行试压出现失败者 7 其它由操作使用单位判断确认事态严重需确定为事故者 看来以上定义也不尽完善 将来需进一步补充 我国可参 照执行 二 操作管线的事故统计和分析 opso 统计了由 1970 年至 1975 年六年间操作管线的事故情 况 颇有代表意义 见表 2 5 3 表表 2 2 5 5 3 3 19701970 年至年至 19751975 年美国操作管道事故统计年美国操作管道事故统计 事故分类次数百分比 外部原因 138456 管材缺陷 41517 腐蚀 26615 建造上的缺点 1245 其它 1707 总计 2459 100 由上表看出外部原因占总事故的一半以上 所谓的外部原 因主要由以下构成 1 有 69 系由于美国管道发展历史较长 有些老管线原来 标志不清 或标志随着时间的流逝已逐渐失落 竣工图不完善 以致在地面施工其它建筑物时把管线碰坏 2 有 14 系由于地震 滑波 活动断层 河流穿越管段被 冲出河床等土壤移动而造成的损坏 3 有 6 系由于设备 泵 阀等 操作不当引起水击或其它原 因将管线损坏 4 有 2 系车辆破坏 如重型车辆将管线压坏或碰坏 5 有 9 系人为破坏造成的 我国管线建造历史较短 目前前述第一条不是主要的 而 第二条是占第一位的 但随着时间的推移 如果我们不将国外 的教训引以为戒 第一条所述的事故原因将会大为增加 据美国统计 1970 年至 1975 年六年时间内 腐蚀和管材 原因所造成的事故降低约 10 而由于外部原因所造成的事故 却增加了大约 10 在所有的外部原因造成的事故总数中 地下管线占 88 而地上的只占 12 这进一步说明竣工档案和管线的标志的重 要性 管材的缺陷引起的事故在操作的管线中占第二位 从母材 上看 其缺陷主要为分层 夹渣 在轧制管材中混入异物 等 从 焊缝上看 包括直缝和螺旋焊缝 其缺陷为焊偏 未焊透 气 孔 缺肉 咬边等 应当特别指出 管材中很大的一部分缺陷 是在运输过程中造成的 运输过程中所造成的缺陷可以分为两 大类 1 在运输过程中 由于钢管没有垫好 随着车辆的振动而 振动 造成焊缝处的疲劳裂纹 裂纹在焊缝的四个角上发生 这些裂纹有的在管线安装完毕后的试压中可以发现 大部分裂 纹却在使用过程中由于种种原因进一步扩展 而出现事故 疲 劳裂纹的情况见图 2 5 20 2 在运输的装 卸 倒运等过程中造成钢管表面的压坑和 划痕 划痕虽然不深 通常只有 0 25 0 4mm 但在划痕的 底部多数形成一薄层马氏体 厚约 0 25 0 5mm 马氏很脆 这样会造成表面划痕进一步扩展 尤有甚者 在管线受压后 压坑向外突出 形成鼓胀作用 这有使表面划痕张开的趋势 使情况更为严重 管线的腐蚀是造成操作管线发生事故的第三位原因 近年 来 由于电法保护 防腐涂层和黄夹克等技术的进步 已使由 于腐蚀造成的破坏大为降低 根据 opso 的统计看 在美国外 腐造成的事故占 79 内腐蚀占 21 图 2 5 20 在运输过程中 焊缝的 4 个角产生疲劳裂纹 施工的缺陷在操作管线上所造成的事故只占 5 这些缺 陷主要是在环缝检验和试压完成后 在管线下沟 回填等过程 中 将管线碰坏 以致在操作过程中留下隐患 还应特别指出的是 对于操作管线来说 管线的寿命越长 事故率越高 见图 2 5 21 老管线事故率较高的原因是 图 2 5 21 建设年限与事故率的关系 1 老管线的标志 峻工档案等不完备 在新的建筑物建设 过程中易把管线破坏 2 管线使用时间的延长 由于腐蚀而造成的破坏增加了 管线事故的形式有两种 一种是漏 一种是断裂 管线通 常是先漏后断 如果在有微小泄漏时就及时发现 并加以修理 则可以避免断裂 断裂所造成的损失比泄漏要大得多 据美国 opso 统计 断裂所造成的损失平均为 14640 美元 而泄漏仅为 4360 美元 在事故的总数中断裂占 1 3 单纯泄漏占 2 3 三 试压时所造成的事故分析 根据 opso 统计 在 1970 年至 1975 年的六年间 美国在 新建管线试压过程中出现的事故分类见表 2 5 4 由表中可以看出 在试压过程中 事故产生的最主要的原 因是管材的缺陷 其实 试压的目的也正是为了找出管材 包括 母材和钢管的焊缝 的缺陷而加以排除 表表 2 2 5 5 4 4 19701970 年 年 19751975 年美国管线试压事故统计年美国管线试压事故统计 事故分类次数百分比 外部原因 191 管材缺陷 105576 腐蚀 16712 建造上的缺点 13210 其它 161 总计 1389100 二 裂源的判断二 裂源的判断 管线断裂以后 准确的判断裂源的位置 是找出断裂产生 的原因 并确定修复方法的前提 一 脆性断裂裂源的判断 脆性断裂比较容易判定裂源的位置 首先从破裂面观查 可看出有明显的人字形 或称鱼骨形波纹 裂源处于人字形尖 端的一侧 从破裂面人字形的交叉处即可找到裂源 见图 2 5 22 所以会出现人字形波纹是由于断裂首先从中心开始 然 后向两边扩展 中间接近平面应变状态 两侧为平面应力状态 如果破裂断面除拉应力外 还伴有弯曲应力时 则人字形 向一边偏移 但判定裂源的方法不变 二 延性断裂裂源的判断 延性断裂与脆性断裂相同的是其破裂面亦有人字形波纹 故仍可按脆性断裂的方法 来判定裂源 所不同的是延性断裂 的人字形波纹远不如脆性断裂的波纹明显 故判定比较困难 控轧钢延性断裂的破裂面有所不同 第一 在破裂面上常 有分层现象 英文称为 sepamtion 这是结晶结构形成的 并 不是缺陷 它与英文 lamination 不同 后面这个字 中文亦译 为分层 它是钢材的缺陷 第二 控轧钢的破裂面有时出现箭 头形 见图 2 5 23 裂源在箭头的相反方向 从裂源在管子上所处的部分看 操作管线与试压阶段出现 的情况不同 请见表 2 5 5 由表中看出 对于操作管线 裂源主要发生在母材上 这 是由于外力和腐蚀造成的 而在试压时 缺陷 裂源 主要发生在 钢管的螺旋缝或直缝上 这一情况与我国实际情况一致 表表 2 2 5 5 5 5 裂源的部位裂源的部位 破坏部位操作管线试压 母材55 6 29 7 直缝或螺旋缝3 9 59 8 环缝6 2 5 9 其它34 3 4 6 三 缺陷的修复三 缺陷的修复 根据缺陷的性质和严重程度分别采取以下四种修复的办法 1 表面磨光法 2 补焊法 3 加保护套 图 2 5 22zz 脆性断袭的破裂面 图 2 5 23 控轧钢的破裂面有时出现箭头形 4 更换管段 对于轻微的表面划痕 麻斑等可用表面磨光法 即用砂轮 将其磨平 是否可以采用表面磨光法 通常要经过计算 磨去 以后的剩余厚度应不小于以下数值 式中 p 钢管在该部位承受的压力 kg cm2 d 钢管直径 cm smys 管材规定的最低屈服极限 kg cm2 t 打磨后的剩余最小厚度 cm 对于焊缝的咬肉 未焊够等缺点 以及较深的麻坑等可采 取补焊法 但补焊时 要特别注意 有时补焊不当 会产生更 严重的后果 消除缺陷最常用的方法是加保护套 对于较深划痕以及伴 有压坑的划痕推荐采用保护套 保护套有两种 见图 2 5 24 图 2 5 24 看出 保护套有两种类型 a 型为上下两个半 圆 两个纵缝处有板条 板条与半圆形护套之间用搭焊 两端 的环缝如有泄漏时 要焊上 如无泄漏也不可焊 图 2 5 24 保护套 b 型为上下两个半圆 护套扣在带有缺陷的管子上 两条 纵缝采取填充焊直接与钢管焊在一起 两端的环缝是否焊上 其处理方法与 a 型相同 护套的作用不仅可以承受一部分环向应力 而且可以减少 或抵消被保护钢管缺陷的鼓胀作用 对于伴有压坑的划