中文管道设计现有管道标准是否适用

1、2011年第一季度管道设计：现有管道标准是否适用？作者：约翰·哈斯凯尔1和彼特·布斯拜21 管道完整性工程有限公司，泰恩河畔纽卡斯尔，英国2 MACAW工程有限公司，泰恩河畔纽卡斯尔，英国摘要参考英国煤气专业学会（IGEM）标准TD/1“高压输气用钢管及相关输气装置”的基础上，本论文首先确定了陆上输气管道的基本设计标准；随后重点考察了上述标准最近更新的第5版中的修订条款，及做出此类修订的适当理由；本论文其后总结了管道标准与规范的现状（即管道设计标准的实际解释），并指明了值得讨论的具体差距和异常。不同管道类型和等级相关的事项也涵括在内，并提出以下疑问：现有管道标准，能否充分满

2、足必要的技术要求，以管道的实际应用服务目标为出发点？通过参考具体事例的途径，详细讨论了一些存疑领域，此类具体事例包括：高频焊管固有的焊缝形状问题，缺少对横向焊缝拉伸试验的断面收缩率的要求，与螺旋管中不良焊缝形状相关的管道施工与操作问题，高频焊管的变量压扁试验性能表现，以及单一管道订单内多合金类型的供货。借助管道生产和测试过程中所拍的照片，本论文酌情以图示方式阐述了上述例子。对多个国家，尤其是对美国和欧洲的设计和操作经验进行详细考察的基础上，编制了英国管道标准IGEM/TD/11。应用标准原则和经验来确定有关特性，以确保英国高压输气管道的安全操作，这一过程考虑了沿途城镇发展及所导致的人口密度2格

3、局带来的限制条件。IGEM/TD/1管道标准的编制及更新，考虑了新技术和操作经验。操作经验的审查和评估包括：确定管道历史性能的评估，以及从已发生的事故中取得学习经验。美国机械工程师学会于2010年9月在加拿大卡尔加里市召开了第8届国际管道会议，本论文呈递于该次会议。作者联系信息：电话：+44（0）191 216 4930邮箱：peter.boothby IGEM/TD/1概述发展英国煤气专业学会发布的TD/1，是符合英国煤气工业要求的成熟管道标准，该学会以系列通讯的方式颁布TD/1。1965年，英国煤气专业学会以6743号通讯的方式，首次颁布了高压输气用钢管相关的安装建议。替代性通讯6744-

4、7，于1970年以第1版的形式加以颁布。1970至1977年间，上述通讯日益发展为19774-7，并最终合并为IGEM/TD/1第1版19778。1977年末，设计部分再次修改并作为第2版9加以颁布。进一步的修改版，IGEM/TD/1完整第2版，于1984年10发布，它将可容许的最大设计压力从70巴增加至100巴。第3版于1993年11发布。它介绍了风险分析指导，提供了更为全面的检测、调试、及状态监控指导。IGEM/TD/1第3版的3个附录于1999年和2000年发布，它们涉及钢管，弯管及接头（附录1）12的使用，运输及储存，1219毫米(48英寸)管道（附录2）13，以及将设计因数提高至0.

5、8（附录3）14。第4版于2001年15颁布，它包括第3版的附录2和3；附录1成为了第4版的补遗。该修改版提供了将管道设计因数提高至0.72以上的综合性指导。第5版于2008年1发布：它包括很多重大的修订，包括最大操作压力上限的去除（此前上限为100巴），包括最大操作压力（MOP）超过100巴情况下的安全性评估建议，以及相关安装方面的补充要求。IGEM/TD/1第4版的附录1现今成为IGEM/TD/1第5版的附录1。范围管道标准TD/1涵括了在添加或不添加臭化剂、最大操作压力超过16巴、操作温度介于-250C与+1200C之间的情况下，输送干煤气（主要是甲烷）所用钢管和相关装置的设计，施工，检

6、验，测试，运行和维护。该标准可直接用于最大操作压力达到100巴的情况；最大操作压力超过100巴时，若附有完全合理且记录在案的安全评估，也可直接应用这一标准。安全评估意指：对管道及相关装置的主要潜在危险开展系统研究，包括设计，施工和操作方面的主要潜在危险；其目的是证明：已采取一切必要措施，以防发生重大事故并限制其后果。它包括完整、定量的风险评估要求，材料要求的具体考虑，压力边界和控制制度，以及其他的维护和风险管理要求。若将TD/ 1用于输送其他气体，则必须考虑该气体特性以及由此对管道设计，材料，运行和维护带来的影响。TD/1主要章节包括：l 管理系统，包括质量保证和控制，安全管理，完整性管理，及

7、环境管理。l 规划与法律，包括路线选择过程相关的详细要求和指导，土地权与通道，施工规划和法律事务的编制，遵守英国法规的具体要求。l 材料，包括与直管，管件和组件相关的推荐标准和规范，材料试验和可焊接性要求。l 设计，包括气体质量要求，管道尺寸定型，壁厚要求（用于压力安全壳和压力处理），额外负荷评估（应力计算和应力验收标准），疲劳设计，根据人口密度和基础设施发展情况划分区域类型（农村(R)，郊区（S），城镇（T），评估人口标准的程序，农村和郊区管道设计（城镇管道设计含于1GD/TD/32），以及施工，操作和维护相关的设计要求。l 施工，包括安全与环保要求和控制，材料接收，焊接，无损检验（NDE）

8、，覆盖深度，检查涂层，沉入沟内，基底，覆盖与回填，穿越位置施工（包括套管和隧道穿越位置），检验后的修复、标记和管道接头，以及临时阴极防蚀（CP）的安装要求。l 检测，包括高级(105%指定的最低屈服应力)和标准(1.5×最大操作压力)管道测试有关的详尽指导，相关验收标准，安装测试，及测试失败后的修复。l 调试，包括清管，烘干，吹洗以及加气的详细要求。l 防腐蚀保护，包括危害识别（杂散直流电（DC），交流电（AC），应力腐蚀开裂（SCC），涂层要求，阴极保护设计。l 相关的安装，包括选址和布局，管道设计和应力分析，材料和施工。l 操作与维护，包括管理，监督，检查和维修频率，为确定最大操

9、作压力(包括TD/1的线路审核)而设置操作压力等级的程序，提升最大操作压力，设计寿命再评估。lIGEM/TD/1材料，水压试验和疲劳要求基本的材料合格要求涉及：强度，断裂韧性，可焊性。足够的强度可确保在设计的安全边际内进行高压操作；最低断裂韧性的要求可确保管道在设计限值内进行操作，而不会导致碎裂扩展或断裂延展的风险；可焊性要求可确保在现场焊接情况下，实现优质施工。IGEM/TD/1指明：钢管应为无缝钢管，并根据英国石油学会标准和煤气行业中对上述标准的补遗进行纵向焊接或螺旋焊接，该处所述补遗对断裂韧性，尺寸容差和现场可焊性有更严格的要求。断裂韧性IGEM/TD/1独特之处在于：它指明对断裂韧性的

10、要求是强制性的。IGEM/TD/1的断裂控制理念以防止断裂产生与扩展、管道设计的断裂探查要求为基础，借以限制损害扩散和设施更换；它由英国煤气工程技术研究站16-19进行的煤气行业研究发展而来，而后者又是在巴特尔纪念研究院相关工作的基础上拓展而来。必须考虑管道断裂的产生和扩展是因为：管道涉及较长长度；外界干扰的可能性是有限的，其意味着易断裂点的存在性。之所以开展该项工作，是因为：从安全、经济和供气安全等诸方面要求来看，不能容许断裂的大面积扩展。断裂扩展是高压输气管道中存在的问题，因为压缩气体释放的能量为断裂扩展提供了驱动力。脆性断裂的产生是一个劈裂过程，可能源于一个极小的变形，此后极少的能量就足

11、以使断裂扩展。延展的断裂以细微的或通常巨大的规模的切变过程展开，随后即产生大幅变形。脆性和延性断裂很大程度上都取决于钢材的冶金性能。图1. 不同测试温度下的落锤撕裂试验实例图2. 不同测试温度下的简支梁冲击试验实例断裂韧性要求的制定断裂韧性是防止管道材料出现脆性或延性断裂而采取的措施。防止脆性断裂扩展的断裂韧性要求，可借助适当的碰撞测试程序而实现。第2版要求对直径大于等于323.8毫米的管线开展全壁落锤撕裂试验（DWTT）。若直径低于上述值，则难以提取该测试所需的样品，代替方法是：在降低试验温度的情况下，采用简支梁冲击试验对断裂表面进行测试。以断裂表面为基础的验收标准把脆性外观的量与给定的测试

12、温度联系起来。对设计因数上限为0.72，在温度为0时，对新管线而言，落锤撕裂试验（DWTT）剪切区域下限为75（即低于25的脆性断裂）（图1）。第2版指出，若现有管道在温度高于0时方可获得75的剪切区域，则必须在降低压力的情况下，该管道方可安全运营。第2版给出了设计因数和转变温度之间的关系曲线，但同时指出：只有在了解构成整个管线的各管道段的断裂韧性属性的详细信息的前提下，方能使用该曲线。若仅掌握样本数据，则必须寻求专家意见。第2版指出：设计因数低于0.3时，无需对运营管道开展落锤撕裂试验（DWTT）。运营管道设计因数大于0.3的情况下，也必须确保材料具有足够的延性断裂阻力，借以排除延性断裂扩展

13、的可能性。可通过简支梁冲击测试法来测定裂口阻力。所需简支梁的能量级，取决于试样尺寸和材料等级。若指定值达不到简支梁能量级，但操作压力受到一定限制，则管道也可能安全运营。本文给出了可表明简支梁冲击能量与操作压力折减系数之间关系的曲线。使用该曲线时，也需要了解组成管线的各管道的断裂韧性属性的详细知识；借助少量样本评估现有管道时，应寻求专家对数据的阐释。物料简支梁能量级低于20J时，也应寻求专家对管道操作的意见。用于规范制定的落锤撕裂试验管道断裂扩展的早期研究表明：剪切裂缝（在延性模式中）扩展缓慢，而脆性断裂的扩展速度大于煤气的减压速度。此外，该研究表明：通过落锤撕裂试样的断裂外观变化，可获得转变温

14、度，且这一现象与全尺寸断裂扩展测试测得的断裂转变速度相关。该研究推动了在采购规范中引入落锤撕裂试验要求。国家电网公司（原Transco和英国煤气公司）规范中最早采用的75剪切面积标准，与断裂速度低于气体减压速度的高概率相一致，这意味着符合这一标准的材料不会出现脆性断裂扩展。图3. 简支梁冲击试验过渡曲线（图表）Absorbed Energy(Joules):吸收的能量（朱尔斯）Brittle Fracture Zone:脆性断裂区域Cleavage:裂痕，Easy crack initiation & propagation容易产生断裂及扩展，Lower shelf下限Transiti

15、on Zone:过渡区域：Mixed mode behaviour混合模式行为Ductile Fracture Zone:延性断裂区域：Upper shelf上限，Shear剪切，Difficultcrack initiation & propagation不易产生断裂及扩展Temperature（0C）:温度（0C）简支梁冲击要求的发展 简支梁冲击试验合理地说明了钢铁质量，但不能用来预测脆性断裂扩展或获取任何精度，这是因为试样有一条钝槽，且尺寸较小。延性断裂阻力的量级不足将导致大面积的延性断裂扩展，此类管道故障曾在1969年出现于美国。全面测试相关的研究可用于：确定阻碍断裂发生的延性

16、断裂阻力的级别；确定管道规格时，简支梁上限冲击能量可用于测量断裂阻力。参见图2和图3。全尺寸试验尽量逼真地模拟运营管道所遇到的情况。人工生成断裂口，该测试可显示断裂口的断裂终止或扩展，在此期间裂口以恒定速度开裂且随意扩展。图3所示的简支梁上限冲击能量已成功地显示了全尺寸实验的管材特征；对英国煤气公司全尺度测试数据的分析表明：以简支梁上限冲击能量来测度韧性，多数全尺度测试都能成功分类。简支梁试验受限于试样的尺寸大小，且对高强度钢材（例如：大于等于X100）而言，当较高的能量上限不能抵挡足量断裂时，简支梁能量与断裂扩展阻力之间的关系不再适用。断裂控制要求断裂控制需要考虑断裂的生成与扩展趋势，管道标

17、准TD/1要求为所有高压输气管道提供适当的断裂控制措施，这是因为：若管道未达到韧度标准，气体减压（任何流体的）将会产生断裂驱动力，进而导致断裂扩展。简言之，关键要求如下：l 确保材料韧度足以承受较小瑕疵（尤其是达到材料质量保证（QA）验收标准的生产瑕疵及达到工艺验收标准的工艺缺陷）。它包括：确保了解管道和组件材料的转变温度，且该温度低于设计与运营要求。l 断裂发生时，断裂扩展是延性的。这需要确保：断裂发生时，运营温度高于材料的脆性到延性的转变温度。l 钢材具有足够的吸能能力（韧度）以终止延性断裂。这需要确保：管材韧度足以终止延性断裂的发生。l 备有有效的检查，维护及维修策略，借以在断裂出现及断

18、裂扩展之前识别、修复破损处。这需要了解缺陷尺寸及可能导致断裂产生和扩展的不同破坏机理。这通常与明显裂纹缺陷相关，若其他缺陷（如腐蚀等）足够大或者与断裂机理相关联时，其他缺陷也可导致断裂的产生与扩展。下述要求必不可少：通过检查识别、鉴别该类缺陷，并在其发展为断裂或断裂扩展危险之前，对该类缺陷进行评估和维修。断裂的产生与引起断裂的缺陷临界（轴向）长度相关，且受制于管道形状，材料属性及运行压力。受到减压气体所释放能量的驱动时，将出现断裂扩展。必须制定断裂控制计划，并作为管道设计策略的一部分，一般地，断裂控制计划包括下述设计要求：l 材料的最低韧脆性转变温度（DBTT），它是通过指定适当的落锤撕裂试验

19、（DWTT）要求（即0OC下，最低75的剪切面积）而确定的。l 防止脆裂产生并确保终止延性扩展的最低韧度要求。l 为所有潜在的破损机理确定可容许的缺陷尺寸限值。l 制定检查测量规范，以便在达到极限尺寸大小之前识别缺陷；制定缺陷评估程序和缺陷维修计划。水压试验要求TD/1规定，对设计因数介于0.3至0.72之间的运营管道开展高强度测试，以确保管道运营过程中，缺陷不会达到临界尺寸。高强度水压测试的原理为：若管道内存有缺陷，则管道承受的压力越高，缺陷失败的可能性越高。对焊缝管道而言，高强度测试压力导致的环向应力等于管道最低屈服应力（SMYS）的105%，对无缝管道而言，该环向应力为最低屈服应力的90

20、%。涉及设计因数上限为0.3的运营管道时，规定了较低的测试压力（即最大运营压力的1.5倍）。以上两种情况，测试压力都需要保持24小时。制定该原则实际要求的过程中，开展了一项研究，用以探查压力/应力等级的影响及应当持续的时段。高强度压力试验可能导致现有缺陷扩大，但缺陷仍未失败，却在运营过程中出现失败，这一可能情况也得到了调查。从所得结果来看：将测试压力限定于某一水平，且确保被测管道任何部分的最大塑性应变不超过1的情况下，该测试不会对管道的良好部分产生负面影响。试验持续时间源于一份时间评估，而该评估则来自美国所记录的测试数据，这些数据显示了缺陷增长导致的试验失败。数据表明：试验持续时间为24小时时

21、，受压情况下，50的缺陷将被发现，在试验保持的第一个小时内，16%的缺陷将被发现，接下来的四个小时内，18%的缺陷将被发现，而其他16%的缺陷将在最终的19个小时内被发现。以此为基础，TD/1要求：试验压力的持续时间不应少于24小时。TD/l第5版规定，使用任何高压管道及相关装置之前，必须开展流体静力强度试验。必须对设计因数超过0.3的运营管道开展高强度水压测试。管路未明显拥堵的情况下，上述压力要求可以放宽至最大运营压力的1.5倍，例如：环向应力的每日变动不超过35N/²，或者，对预期压力循环开展的详细断裂机理疲劳评估表明：所需的设计寿命已经实现。应予强调的是：TD/1管道设计的疲劳

22、评估以下述要点为基础：有利于高强度测试，以便限制投入运营的缺陷数量；在剩余缺陷中引入有益的残余抗压应力。图4，SAW管道焊趾处的疲劳开裂图5，第3版与第3版TD/1给出的疲劳指导对比图Stress range（N/mm2）:压力范围（N/mm2）Cycles:循环疲劳要求制定疲劳推荐标准的策略和研究工作始于20世纪70年代3，该疲劳推荐标准含于管道标准TD/1中。当时该要求只是一个简单方法，为那些通过高强度水压测试（即105%的最低屈服应力），随后在最大压力（等于72%的最低屈服应力）下运营的管道设计出疲劳。为制定TD/1疲劳设计准则而开展的研究工作，着眼于最差的材料质量及生产标准，即形状不良

23、的SAW管道（顶部凸出，板偏移，椭圆度），因为这些特点使内部（SAW）焊趾具有较长缺陷的管道，多次出现水压测试失败。（参见图4）。当时该行业所用的输气管道的运营寿命估计为40年，所以，当时对于可投入运营的管道，假设了属于形状不良的SAW管道的典型缺陷及最大缺陷尺寸，这些管道应可耐受105%最低屈服应力的水压测试；随后确定了72%最低屈服应力下将会失败的缺陷尺寸，并根据对于从将会通过水压试验的缺陷尺寸到在72%最低屈服应力下失败的缺陷尺寸进行的疲劳传送周期数（或次数）来判断管道的疲劳寿命，因此，该工作的关键成果是：测定日常应力范围，该范围可确保40年内不会发生疲劳破坏。与之对应的循环数为：1&#

24、215;365×40 = 14,600，所以简单地确定疲劳要求为15,000循环。广泛开展了全尺寸测试计划（通常涉及形状不良的SAW管道（顶部凸出，板偏移，椭圆度）和分析。总之，获得了以下的工作成果：l 能通过105% 水压测试的典型不良SAW管道，表面存在的无限长的裂口最大深度为管壁厚度的20%。l 不能通过72%最低屈服应力测试，表面存在的无限长的裂口最大深度为管壁厚度的40%。l 在15,000个循环中，导致无限长的缺陷深度从20%扩展到40%的应力变化范围为125 N /²。确定上述缺陷大小时，可通过下式 获得流动应力。该流动应力值说明了：全尺寸测试10证明20世纪

25、60年代生产的管道材料的屈服应力，高于规定的最小值至少一个级别。综上，首个TD/1疲劳要求非常简单，因为它旨在成为一个保守的“经验法则”，可以很容易地用于行业中，而无需开展复杂的疲劳分析。若日常压力循环不超过125N/mm2，则可在105%最低屈服应力（SMYS）的水压测试中工作的管道，将能在最低屈服应力（SMYS）为72%的状况下工作40年。若设计阶段中遇到上述情况，那么，举个例子，为将日常循环降到125N/mm2，应考虑使用壁厚较厚的管道。最初的工作成果引入到TD/1第2版中。自开展最初工作以来，TD/1日渐更新，日益精确（相应地，也更为复杂了），借以满足商业变化的需求。通过在第3版中引入

26、简单、保守的应力计算法的公式，要求处理不同于125N/ mm2应力范围的诉求得以满足。在第4版中，上述计算法被替换为下述等式：S3N = 2.93 x 1010式中:S =恒幅应力范围(Nmm2)N =循环数上述方程式中,立方指数与其他行业标准是一致的，如英标760811和12PD 5500。且165 N / mm2和35 N / mm2的上下限压力循环范围仍然保留，如图5所示。第四版还引入了一些指导，该指导允许使用如雨流法或储存法等循环计算技术，将现实生活中的复杂压力循环减少至同等循环，并提供了破裂力学分析有关的使用指导。第4版和第5版允许应用断裂力学和结构可靠性分析（SRA）来评估管道。该

27、管道已进行过105%最低屈服应力测试之外的水压测试；且该管道将在72%的最低屈服应力测试以外开展运营。在疲劳规则的发展过程中，TD/1的基础保持不变：管道的疲劳寿命应根据服役前能够通过水压测试的最大缺陷来判定。这意味着对低等级水压测试来说，（理论上）剩余缺陷是“大”的，相应的疲劳寿命是“低”的。这种情况下，考虑到管道实际上可能含有该理论尺寸的缺陷，TD/1允许(若有必要)应用结构可靠性分析（SRA）。作为武断的疲劳设计限值，40年的使用寿命表明是以应力范围为125 N / mm2的每日压力循环为基础的。事实上，运营经验证实，一般来说，煤气管道不受此日常应力范围约束，并且在大多数情况下，该管道不

28、会含有那种在125N / mm2压力下使用15000个循环就出现故障的缺陷。依照TD/1运作和维护的煤气管道的设计寿命一般会超过80年。煤气管道的设计寿命除受到疲劳限制外，还受到如涂层降解，CP系统退化以及设备老化等因素的限制。TD/1的第5版含有重新评估、延长管道设计寿命的程序，还含有对设计、运作、维护记录和完整性状态进行详查的内容。IGEM/TD/I发展概述随着材料生产与施工方法的不断发展、疲劳建模技术的改进，TD/ 1管道标准的材料，水压试验，疲劳要求都得到发展，并演化为不同版本。这些要求相互关联，这些问题详细具体。材料属性可影响管道的故障模式，且能够防止脆性破裂，确保任何破裂扩展都是延

29、性的，并可得到制止。材料质量与施工决定了可能存在的缺陷分布，通过导致缺陷失败的方式，高等级的水压测试可排除掉给定尺寸和类型的缺陷。假定最差的缺陷可通过水压测试，则确定这些缺陷的理论分布，即可确定管道疲劳设计寿命。TD/ 1管道标准的材料，水压试验，疲劳要求如表格1所示。屈服点(0.5%) (兆帕)拉伸强度 (兆帕)延长率 (%)屈服点/拉伸强度比率焊接拉伸强度 (兆帕)450 - 570535 最低18% 最低0.87 最高535 最低546632200.80617544636210.80610表格1，TD/1材料，水压测试及疲劳要求的发展管道标准的现状 ISO 3183:2007的颁布及美国

30、石油学会5L第44融合版本于2008年10月开始生效，标志着重要的里程碑得以实现。自2009年发布附录1以及美国石油学会5L勘误文档以来，更多附录都在准备中。ISO TC67/SC2-WG16和美国石油学会WG 4210的联合工作组会议继续审查统一标准相关的意见和解释请求。目前正在讨论的一个主要领域，是如何圆满解决欧洲陆上煤气行业的要求，该行业现在正使用英标10208-2管道标准。最近完成的、受EPRG资助的研究21编制了两个标准相关的详细比较，并以此为基础编制统一的国际标准，以便将统一的美国石油学会5L / ISO 3183标准的应用范围拓展至欧洲陆上煤气行业。多年来管道标准详细的技术内容日

31、益增加，并为管道完整性的提高做出了重大贡献，这些都是公认的。举例来说，现今的美国石油学会5L / ISO 3183统一标准含有153页，而1983年首次颁布的标准合并版本美国石油学会5L第33版（即包括美国石油学会5L，5LX和5LS），仅有87页。但无论如何，下文所举例子将表明：仍然需要不断挑战现有管道标准是否恰当。案例研究高频焊管固有的焊接形状图6显示了典型的HFW钢管焊缝的横向剖面。该实例是610毫米外径x9.52毫米的L360MB（X52）管道。放大照片中标注内容为焊缝区域的壁厚尺寸。从图中可以观察到如下几个特点：l 焊缝是自熔焊接，因此通过焊接材料的选择来实现焊缝金属的优势是不可能的

32、。l 内外部修剪和去除，导致焊缝位置的管道壁厚小于焊缝以外位置的实际壁厚。l 由于焊接期间对钢带卷边的煅烧，导致了与远离焊缝的管壁实际厚度相比，焊缝两侧母材厚度增加。图6，HFW管道缝焊因此，环向上出现的任何管道张力（如：高等级水压测试期间）都将集中于焊缝位置，从而导致焊线出现缺陷，这是因为：未对焊接参数进行优化，可能导致管道故障。所示焊缝的形状符合管道标准的要求，后者对允许的焊缝修建程度做出了限制。对所示9.5毫米壁厚的管道而言，典型情况下，壁厚不低于指定的最低值和0.05t的最大槽深。相比之下，基本焊接工程的设计理念规定，SAW管道的缝焊或环缝焊接选用超级匹配的焊接材料。此外，由于顶部多余

33、的金属，焊缝横截面的厚度一般比母管要大。超级匹配的焊接金属强度与焊缝增加的横截面厚度的结合，确保所有拉力将出现于焊缝之外的位置，虽然焊缝位置可能存有缺陷。该情况下，HFW管道焊缝被视作非“安全失效”的设计，因此，应该特别注意焊缝质量和在线无损检测的重要性，从而找出可能导致过早损毁的任何缺陷。图7，横向焊缝拉伸试样横向焊缝拉伸测试的断面收缩率 图7显示了两对横向焊接拉伸试样，该试样取自610毫米外径*19.1毫米壁厚，L450MB（X65）HFW管道的生产测试过程。两种不同特征表现都很明显，其中一对表现出适度的延展性，其断裂面的横截面明显减少；而第二对展示出极轻微的断面收缩以及非常平坦的断裂面外

34、观。仅为生成信息而制作的负载与拉伸应力关系的两种断裂类型曲线图表明：与不同破裂行为相关的拉伸应力存在差异（参见图8）。有趣的是，两个试样测得的拉伸强度仅存在微小差异，且两个试验案例都达到了规定的最低要求（即535MPa）（参见表2）。表2还含有两个案例的母体材料拉伸测试数据，表明母体材料的拉伸性能保持恒定，并不是导致X型焊接测试状况不同的原因。开展X型焊接拉伸强度测试时，管道标准只要求达到管材级别指定的最低拉伸强度，且在后续测试中观察到的变化通常不予报告，因此，涉及用于高压输气运营的管道时，建议将一些延展性（如拉伸应力的百分比或断面收缩率）相关的措施并入管道要求。Load （KN）:载荷Ten

35、sile strain(%)：受拉应变（%）图8，横向焊接：负载与拉伸应力曲线图图9，埋弧焊焊接螺旋缝剖面螺旋管道的焊缝形状管道标准对焊缝形状做了一些限制，焊缝高度，相互穿透，焊缝偏移，焊接咬口等，都是常见的常用参数；然而，在疲劳性能方面，焊缝趾的形状具有重要影响。与埋弧焊焊接纵缝（SAWL）管道相比，埋弧焊焊接螺旋缝（SAWH）（又名螺旋焊管）在焊缝形状上具有劣势，该焊缝形状受到成型与缝焊期间管道旋转的影响。因此，与埋弧焊焊接纵缝（SAWL）管道不同，固化焊缝不断旋转出平面位置（即1G / PA），从而对焊缝剖面造成不利影响。埋弧焊焊接的螺旋缝管道的焊接参数未经优化时，焊接剖面会凸起，该例如

36、图9所示，该图展示了914毫米外径X12.7毫米壁厚，L485（X70）的埋弧焊焊接的螺旋缝管道生产期间所取得的焊接部分的横截面。将焊缝形状要求列入管道标准，可促使埋弧焊焊接的螺旋缝管道焊缝形状的改善，有利于那些为重要压力循环应用而设计的管道，如存储管道。似乎很少有公司对焊缝形状设立额外限制。一个例外是英国国家电网公司，它要求埋弧焊焊接纵缝管的焊趾角度为130 °，埋弧焊焊接螺旋缝管则为120 °（外部焊缝）和100 °（内部焊接）。对两类管道的不同要求说明：比较两者的环向应力后发现，埋弧焊焊接螺旋缝管的焊缝角度比较有利。图10，压扁测试样板表格2：HFW管道拉伸

37、测试结果TD/1要求1970年第一版1977年第一版1984年第二版1993年第三版2001年第四版2008年第五版压力（巴）6969100100100无限制直径（毫米）9149141067106712191219材料级别X60X60X65X80X80XlOO材料规格API 5LAPI 5LAPI 5LAPI 5LBS EN 10208-2BSEN 10208-2 ISO 3183-2BSEN 10208-2 ISO 3183-2破裂韧度直径323.8mm:壁落锤撕裂试验压力>24巴，直径610mm环向应力限制为0.65的最低屈服应力直径32.8 mm 设计因数0.3:壁落锤撕裂试验在0

38、的温度下，剪切面积75% 简支梁20焦设计因数<0.3: - 无要求测试要求说明水压测试压力24巴: 有焊缝-105%的最低屈服应力无焊缝-90%的最低屈服应力压力<24巴：低于最大工作压力的2倍或为75%的最低屈服应力24小时测试设计因数0.3:有焊缝-105%的最低屈服应力无焊缝-90%的最低屈服应力设计因数< 0.3: 最大工作压力的1.5倍疲劳重大的管线充填：寻求专家意见125N/mm2的15000个循环高等级水压测试应力范围高达105N/mm2的因数表如第二版，应力范围高达165N/mm2的因数表因数表由SN公式代替，破裂力学与循环计算方法相关的应用指导增加了对设计

39、寿命的重新评估指导高频焊管压扁试验性能表现等级大于等于L210或A的EW管道相关的美国石油学会5L/ISO 3183:2007管道标准，对压扁试验做出的验收要求如下：· 若等级大于等于L415或管道壁厚大于等于12.7毫米（0.500英寸）的X60，则金属板之间的距离小于原有管道外径的66%之前，管道不能出现焊缝开口。对其他等级及壁厚的管道而言，当金属板之间的距离小于原有管道外径的50%之前，管道不能出现焊缝开口。· 对于直径/壁厚大于10的管道而言，当金属板之间的距离小于原有管道外径的33%之前，管道不能出现焊接裂缝开口或断裂。欧洲管道标准要求的压扁试验验收标准为英标10

40、208-2，该标准与美国石油学会5L标准（2004年颁布第43版5L要求之前的标准）给出的要求十分接近，10208-2要求如下：分三步开展压扁试验，相关验收标准如下：· 压扁至原有外径的2/3，未出现焊缝开口。· 压扁至原有外径的1/3，焊接位置之外的其他位置未出现裂缝或断裂。· 持续压扁，直至管道两个相对面互相接触。整个试验过程中，虽然出现层状瑕疵或过烧金属，但不明显。美国石油学会5L/ISO 3183:2007管道标准和英标10208-2都允许下述情况发生：管道压扁距离超过原有直径的2/3或1/2后，焊缝出现开口甚至发生断裂。610毫米X19.1毫米L450M

41、B HFW管道生产过程中开展的压扁试验导致了焊缝开裂和焊缝断裂，其例示如图10所示。从压扁试验例示图可清晰地看到材料反应明显不同，然而，它们都符合美国石油学会5L/ISO 3183和英标10208-2管道标准的要求，因此认为它们都可以接受，也无需记录生产测试过程中的不同反应。但是，从冶金和结构的视角来看，焊缝断裂不可接受，故应当着力优化生产参数，以确保消除后一种压扁试验反应焊缝断裂。同一管道订单中的多合金类型本例涉及1219毫米外径X14.322.9毫米壁厚的L555MB（X80）等级SAWL管道。历史地看，多年以来一直以“碳-锰-钼-铌-钛”合金设计的形式供应上述管道。一段时间之前，钼铁合金

42、价格的不断上涨，促使管道供应商采用几种替代合金设计和钢材来源来满足客户的管道订单需求。具体而言，除前文提及的含钼钢材外，还有三种可选合金成分可以替代钼：· 铬，钒· 铜，铬，镍· 铜，镍，钒所有这些不同组合，都可达到原有管道标准广泛的化学成分要求，因此管道供应商无需将它们的区别告知客户；然而，这要求：开展可焊性试验和日益增多的焊接程序鉴定试验，以便在管道调试之前，评估不同的管道化学成分对管道可焊性的任何潜在影响。建议应用高压输气管道时，考虑如下事项：为特定工程订单的每一管道尺寸和等级提出要求，除非事先商定，否则应采用同一目标化学成分制成的管道。结论已经为TD/1管

43、道标准涉及的材料、水压试验和疲劳要求编制了相关规范，借以反应材料工艺、材料和施工方面的改进，及对缺陷反应和疲劳的深入理解。现有发展说明：TD/1是一份成熟的标准，它在英国和国际输气管道行业运营经验的基础上，提供了多项实用规范。TD/1的要求和现有知识，可用于管道和相关设备的安全设计、施工及运营；应当定期审查、修订和更新这些要求，以确保能够持续实现上述安全设计、施工及运营目标。多年以来，管道标准持续编制和改进，最近美国石油学会5L和ISO 3183标准的协调，被视作这一方面的巨大进步；然而，为进一步确保高压输气管道未来的完整性，认为管道标准的要求可从下述限制条件中获益：· 在HFW管道

44、增压过程中，环向张力容易集中于焊缝位置，这是因焊接金属缺乏优势，且局部壁厚缩减集中于焊缝位置而导致的；应当仔细监控上述情况。· 横向焊缝拉伸测试的验收要求，应当含有延性相关的一些措施（如：最低%的断面收缩率，或最低%的拉伸应变），以防通过验收的管道仅达到了原管道最低的UTS等级，但却具有最低限度的延性。· 对高压输气管道而言，为埋弧焊接管道（尤其是在焊趾位置限定最低可容许焊接接触角的情况）添加焊缝剖面图的要求是重要的，尤其是运营过程中可能出现明显压力循环的情况，如存储管道。· 进一步严格要求HFW管道生产过程中的压扁试验的要求，以防焊缝发生断裂。· 为防止管道项目订单中存在多种化学成分的合金体，高压