管道中的缺陷及修复

1、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。熟悉缺陷产生的原因，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)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

2、达国家均采纳此定义：(1)造成人员死亡和重伤需送医院治疗者；(2)需要改换输送管段者；(3)造成天然气爆炸者；(4)经济损失大于5000美元者；(5)造成泄漏需马上修复者；(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状况，颇有代表意义，见表253。 表253 1970年至1975年美国操作管道事故统计 事故分类 次数 百分比 外部原因 1384 56 管材缺陷 415 17 腐蚀 266

3、 15 建造上的缺点 124 5 其它 170 7 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，完工图不完善，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

4、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。这进一步说明完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

5、)在运输过程中，由于钢管没有垫好，随着车辆的振动而振动，造成焊缝处的疲惫裂痕，裂痕在焊缝的四个角上发生，这些裂痕有的在管线安装完毕后的试压中可以发现，大部分裂痕却在使用过程中由于种种原因进一步扩大，而出现事故。疲惫裂痕的状况见图2520。(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02504mm，但在划痕的底部多数形成一薄层马氏体，厚约02505mm。马氏很脆，这样会造成表面划痕进一步扩大。尤有甚者，在管线受压后，压坑向外特别，形成鼓胀作用，这有使表面划痕张开的趋势，使状况更为严重。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

6、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，依据opso的统计看，在美国外腐造成的事故占79，内腐蚀占21。   图2520在运输过程中。焊缝的4个角产生疲惫裂痕 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，关于操作管线来说，管线的寿命越长，事故率越高，见图2521老管线事故率较高的原因是：   图2521 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

7、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13，单纯泄漏占23。(三)试压时所造成的事故分析依据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254。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25

8、4 1970年1975年美国管线试压事故统计 事故分类 次数 百分比 外部原因 19 1 管材缺陷 1055 76 腐蚀 167 12 建造上的缺点 132 10 其它 16 1 总计 1389 100 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，可看出有显然的人字形，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2522。所以会出现人字形波纹是由于断裂首先从中心开始，然后向两边扩大，中间接近平面应变状态，两侧为平面应力状态。如果破裂断

9、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显然，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2523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状况不同，请见表

10、255。由表中看出，关于操作管线，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，这一状况与我国实际状况一致。 表255裂源的部位 破坏部位 操作管线 试压 母材 556 297 直缝或螺旋缝 39 598 环缝 62 59 其它 343 46 三、缺陷的修复依据缺陷的性质和严重程度分别采用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2522zz 脆性断袭的破裂面  图2523 控轧钢的破裂面有时出现箭头形 (4)改换管段。关于稍微的表面划痕，麻斑等可用表面磨光法，即用砂轮将其磨

11、平。是否可以采纳表面磨光法，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，kgcm2；d钢管直径，cm；smys管材规定的最低屈服极限，kgcm2；t打磨后的剩余最小厚度，cm。关于焊缝的咬肉，未焊够等缺点，以及较深的麻坑等可采用补焊法。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，关于较深划痕以及伴有压坑的划痕推举采纳保护套，保护套有两种，见图2524。图2524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2524保护套 b型为上下两个半圆，护套扣在带有缺陷的管子上，两条纵缝采用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。关于伴有压坑的划痕，在压坑的间隙处推举填充进环氧树脂，这样对抵消鼓胀