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            在役油氣大口徑不銹鋼管環焊縫檢測評價及修復作業

            為了規范在役大口徑不銹鋼管環焊縫開挖檢測、安全評價及修復作業,在大量環焊縫開挖檢測評價及修復作業的基礎上,對環焊縫開挖檢測和缺陷適用性評價的作業過程進行了討論,提出了規范措施及建議、基于環焊縫缺陷的適用性評價結果和環焊縫缺陷的修復方法,建立了環焊縫缺陷類型、缺陷大小與修復方式和修復時限的對應關系,為業主根據缺陷信息選擇修復方式提供了依據。建議規范環焊縫開挖檢測項目及檢測記錄格式,便于運營商或后期評價單位使用數據,同時達到有效開挖、避免資源浪費的目的。

            1大口徑不銹鋼管環焊縫缺陷檢測概述

            有文獻報道,中國陸上油氣長輸大口徑不銹鋼管總里程已超過12km,存在超過1000萬道環焊縫。為保障油氣大口徑不銹鋼管安全運行,徹底排查大口徑不銹鋼管環焊縫的安全隱患,近年來,各大口徑不銹鋼管公司正大量開展大口徑不銹鋼管環焊縫風險排查、開挖檢測驗證工作。由于油氣輸送大口徑不銹鋼管埋地敷設,一般通過無損檢測獲得管體或焊縫缺陷信息,這種手段可簡單的分為非開挖和開挖檢測兩種。非開挖檢測主要是指大口徑不銹鋼管內檢測-6,通過檢測器在大口徑不銹鋼管內部行走獲取大口徑不銹鋼管和焊縫上的缺陷信息。但是,目前的內檢測技術并不能完全準確地識別所有缺陷的具體情況,例如環焊縫缺陷性質、缺陷自身高度等,但基本可以指出大口徑不銹鋼管存在問題或者異常位置,然后再通過開挖檢測對異常點進行詳細診斷。開挖檢測主要手段包括磁粉滲透、超聲/相控陣、射線、TOFD等,磁粉/滲透檢測能敏感地識別表面缺陷,射線/超聲/相控陣檢測可對缺陷進行定性定量,TOFD檢測可補充確定缺陷自身高度信息。因此,在開挖檢測中選擇合適的檢測手段基本可以解決所有管體及焊縫的缺陷檢測問題。環焊縫開挖檢測的一個重要目的是為大口徑不銹鋼管含缺陷環焊縫適用性評價(即合于使用評價)提供數據支撐,因此,開挖檢測數據的準確性和全面性,直接影響環焊縫適用性評價參數的選取及評價結果的準確性,而適用性評價結果則對管線后期的安全運行及缺陷處置方法選擇有重要意義。

            環焊縫開挖檢測工作量大,資源投入巨大。完成環焊縫開挖、檢測、評價等內容后,考慮大口徑不銹鋼管安全,按照要求需即刻對環焊縫進行防腐、回填。若因檢測內容不全面或檢測方法不得當,會造成檢測結果不能準確反映環焊縫及缺陷的真實情況,為大口徑不銹鋼管運行留下了安全隱患,如需再次進行開挖檢測,會造成不必要的資源浪費。目前,環焊縫異常點開挖檢測項目較多,檢測服務商水平參差不齊,形成的無損檢測報告內容也并無統一格式。環焊縫開挖檢測需進行哪些檢測內容或在一次開挖檢測中應得到環焊縫的哪些相關信息,國內外尚無標準明確規范。本研究針對環焊縫開挖檢測、評價及修復作業中常見的關鍵問題進行討論,并提出改進措施及建議,包括環焊縫無損檢測、環焊縫缺陷適用性評價以及基于適用性評價的修復方式選擇依據,為進一步規范大口徑不銹鋼管環焊縫檢測、評價及修復作業提供參考。

            2環焊縫無損檢測

            無損檢測技術是第二次世界大戰后迅速發展起來的一門新的綜合性工程科學,是控制產品質量、保證設備安全的重要技術手段,對鋼結構焊縫質量控制的作用尤為突出,特別是在油氣大口徑不銹鋼管環焊縫風險管理中,無損檢測獲得的缺陷信息將成為后續工作的重要數據?梢哉f,無損檢測是整個油氣大口徑不銹鋼管環焊縫風險管理工作的基礎,環焊縫的管理工作基本上都是在無損檢測數據的基礎上開展和決策的。然而,進行大口徑不銹鋼管開挖檢測需投人大量的資源,牽扯到土地協調賠償、開挖、人工等費用,還要承擔在開挖作業過程中大口徑不銹鋼管安全、光纜安全以及作業人員自身安全的風險,因此,完成一次大口徑不銹鋼管開挖并不容易,如何避免在一次環焊縫開挖驗證中由于環焊縫信息掌握不全而返工,以及如何在一次開挖檢測作業中明確無損檢測承包商的責任,規范承包商檢測結果書寫格式,這是一個值得重視的問題。以下從3個方面對環焊縫無損檢測內容及信息記錄格式提出改進或統一的建議。

            2.1資料收集

            在進行環焊縫無損檢測前,應收集相關大口徑不銹鋼管基本信息和檢測對象基本信息。大口徑不銹鋼管基本信息包含管線名稱、大口徑不銹鋼管外徑、設計壁厚、鋼級、設計壓力、運行壓力、防腐層類型等,均為確定適用性評價參數取值的依據。環焊縫信息包含環焊縫編號、檢測里程、異常部位點鐘位置、焊縫上下游管節長度、上下游管節設計壁厚、所處地區等級、設計系數、是否為高后果區、所處地區地質地貌情況等。

            其中,填寫環焊縫編號和檢測里程是為了便于核查具體檢測對象;記錄異常部位點鐘位置則為了將開挖檢測結果與內檢測結果對比,便于驗證內檢測結果準確性;記錄環縫上下游管節長度是為了考慮環焊縫上下游是否存在短接,即判斷環焊縫是否為連頭口或存在組對應力;其余信息均為在適用性評價過程中考慮環焊縫失效后果而對個別評價參數的選取提供支撐的數據。

            2.2無損檢測內容

            1)補口帶檢測。如上所述,進行一次環焊縫開挖檢測并不容易,應對環焊縫補口帶質量進行檢驗,獲得補口帶性能數據-”。檢測內容包括:①外觀檢測,目視判斷防腐層是否滿足表面平滑、無鼓包、無皺折、無脫落等要求;②厚度檢測,判斷防腐層厚度是否滿足要求;③電火花漏點檢測,檢測防腐層是否存在針孔;④剝離強度檢測,破壞性試驗,判斷防腐層性能。

            2)環焊縫外觀檢測。在環焊縫缺陷適用性評價中,錯邊對評價結果影響很大,因此在進行外觀檢測時一定要測量環焊縫的錯邊情況。除此之外,焊縫余高、焊縫寬度等焊縫基本參數也應進行記錄。若在外觀檢測時發現未焊滿、外腐蝕、凹坑等情況,應記錄缺陷長度、寬度和深度。

            3)環焊縫上下游鋼管檢測。為確認大口徑不銹鋼管實際壁厚及變形情況,應對開挖環焊縫上下游管體進行測量,包括鋼管壁厚和周長。另外,由于建設標準中對環焊縫上下游鋼管焊縫交點間距有明確要求,一般要求焊縫交點間距不少于100mm,因此,開挖檢測中應對焊縫交點間距進行記錄。

            4)環焊縫無損檢測。采用全面的無損檢測組合基本能有效識別所有環焊縫缺陷-。因此在環焊縫開挖檢測中,建議采用以下無損檢測手段組合:①磁粉檢測或滲透檢測,查看是否存在表面裂紋、表面未熔合及未焊透等表面缺陷;②超聲檢測或相控陣檢測,查看是否存在內部缺陷,并對缺陷進行定量;③射線檢測,查看是否存在內部缺陷,并對缺陷進行定性;④TOFD檢測,查看是否存在內部缺陷,并對缺陷進行定性定量,應確定缺陷自身高度。

            2.3無損檢測結果記錄

            為了便于業主或后期適用性評價單位使用無損檢測數據,檢測結果的記錄形式應注意以下幾點:①由于在評價時需考慮缺陷交互影響,為了便于判斷缺陷是否需要合并,因此無損檢測記錄的缺陷位置建議按照“順時針方向距0點鐘位置的距離”的方式進行記錄;②缺陷自身高度對評價結果影響極大,因此TOFD檢測及相控陣檢測一定要給出缺陷的自身高度;③常見的裂紋型缺陷可分為埋藏型裂紋缺陷和表面裂紋缺陷,不同缺陷類型評價方式不同,評價結果相差較大,因此無損檢測結果需明確缺陷為埋藏型缺陷還是表面裂紋缺陷;④考慮軸向裂紋和環向裂紋的評價方法有所不同,現場檢測若發現裂紋,需明確裂紋為環向裂紋還是軸向裂紋。

            1中舉例列出了在一次開挖形式的環焊縫檢測工作中應注意收集的具體信息,以及無損檢測結果的格式及內容要求,主要包含資料收集、檢測內容、檢測結果記錄等方面。另外,建議檢測單位在向業主或評價單位提交檢測結果時,在檢測結果上蓋章確認,便于明確責任。

            3環焊縫安全評價

            環焊縫的安全評價實際上指的是含缺陷環焊縫的適用性評價,在環焊縫不存在超標缺陷的情況下,理論上管線是可以在內壓下安全運行的,無需進一步評價。在含有超標缺陷的情況下,通過適用性評價來判斷環焊縫是否能在當前輸送壓力下安全服役或計算環焊縫的剩余強度。因此,安全評價的結論對指導生產具有重要意義。一般來說,安全評價應包含兩部分評價內容,一是依據建設標準進行評價,將檢測所得缺陷信息與焊接驗收標準對比,若缺陷大小未超出標準要求則無需評價,管線可在正常工況下安全運行;若缺陷大小超出標準要求,則應對超標缺陷進行服役適用性評價。二是依據適用性評價標準進行評價,對于超出建設標準要求的缺陷,依據SY/T 6477、API579、ASME B31G等評價標準對缺陷進行服役適用性評價,得出在設計壓力或當前運行壓力下缺陷能否接受的結論。

            若適用性評價結果表明缺陷可以接受,則嚴格按照工藝流程對環焊縫進行防腐回填;若適用性評價結果表明缺陷不可接受,則應計算大口徑不銹鋼管剩余壽命,給出大口徑不銹鋼管可承受的最大工作壓力,并對該處環焊縫提出處置建議;若適用性評價表明缺陷可接受,但評估點處于失效評估曲線臨界附近或考慮該處環焊縫可能承受的外載荷(來源于地質災害等)及失效后果等特殊因素,則也應給出處置建議。處置建議應滿足以下要求:①如需降壓運行,應給出具體降壓壓力值;②如需復檢,應給出具體復檢時間;③如需修復,應給出具體修復方式;④如需監測,應給出建議的監測方式。

            4環焊縫缺陷處置

            無損檢測后通常會發現大口徑不銹鋼管或焊縫存在缺陷,理論上講,如果適用性評價結果表明缺陷在設計壓力下或工作壓力下可以接受,那么在不采用任何修復措施的情況下,大口徑不銹鋼管是可以在正常工況下安全運行的。眾所周知,大口徑不銹鋼管安全責任重大,如果發生安全事故會造成巨大的經濟損失。因此,運營商在處理環焊縫超標缺陷時會格外小心,通常處置方式偏于保守,即超標缺陷可通過適用性評價,也會采用修復手段對缺陷進行處置。

            國外大口徑不銹鋼管修復主要依據ASME PCC-2-2015Repair of Pressure Equipment and Piping》及PRCI-Updated Pipeline Repair Manual進行,標準中推薦的環焊縫永久修復方式為打磨、堆焊、B型套筒以及帶密封的螺栓夾具。國內環焊縫缺陷的修復標準較少,目前可依據Q/SY GD1033-2014《油氣大口徑不銹鋼管管體缺陷修復手冊》和Q/SY 1592-2013《油氣大口徑不銹鋼管管體修復技術規范》對環焊縫缺陷進行修復,標準中推薦的環焊縫永久修復方式包括打磨、復合材料和B型套筒1詞。20189月發布、201931日正式實施的GB/T 36701-2018《埋地鋼質大口徑不銹鋼管管體缺陷修復指南》規定了埋地鋼質大口徑不銹鋼管管體缺陷修復的方法和實施程序,該標準中規定了環焊縫缺陷的永久修復方式可以為打磨、堆焊、B型套筒和螺栓緊固夾具。由此可以看出,與國外標準相同,GB/T 36701-2018中明確了復合材料不能作為環焊縫永久修復手段。

            另外,盡管國內外標準都給出了環焊縫缺陷的永久修復方式及實施方法,但標準中均未明確環焊縫缺陷大小與修復方式及修復時限的對應關系。為滿足運營商安全生產的需求,有必要建立缺陷大小與修復方式的對應關系。本研究基于適用性評價結果及實驗室試驗結果總結出環焊縫缺陷處置方法(見表2),運營商可根據缺陷信息在表2中查找相應的處置方式。

            根據環焊縫缺陷尺寸,可按照表2中的處置方法對環焊縫缺陷進行處置。表2中的處置方法適用于壁厚≥14.6mm的輸氣大口徑不銹鋼管,其他規格大口徑不銹鋼管可參考使用。環焊縫的處置時限可按照表3中的方法進行。需要注意的是,GB/T36701-2018中并不推薦復合材料和環氧套筒用于×70及以下鋼級大口徑不銹鋼管環焊縫缺陷的永久修復,然而在新標準發布之前,現場實際應用中為避免動火作業,已大量采用環氧套筒和復合材料對環焊縫缺陷進行修復。目前,對于環氧套筒抗軸向拉伸及彎曲載荷能力的驗證試驗尚未見報道,針對環焊縫處的外表面體積型缺陷或錯邊造成的壁厚損失,筆者認為可適當采用復合材料進行臨時修復。

            2中的缺陷處置方法按照1、2、3級劃分了處置方式選擇的優先順序,1級處置方式更加便于操作,3級更偏于保守。另外需要指出的是,對于錯邊缺陷的修復,表2中雖然對錯邊量超過2/3t10mm的情況給出了換管的處置方法,然而在實際工程中,由于大口徑不銹鋼管建設時遺留的錯口問題和強力組對問題,通過換管也并不能完全消除錯邊,因此筆者并不建議采用換管的方式對錯邊缺陷進行處置。

            5結論

            1)在環焊縫的開挖檢測作業中,除了要統一規范一次開挖作業中開展的檢測項目外,檢測記錄的書寫也需要有一個統一的格式,尤其是缺陷信息記錄格式的統一,便于運營商或后期評價單位使用數據,更能達到有效開挖、避免資源浪費的目的。

            2)安全評價為管線安全生產運行提供了決策依據,環焊縫缺陷安全評價作業過程中,明確安全評價的內容、規范安全評價的結論及建議,對有效指導運營商決策意義重大。

            3)環焊縫修復手段及修復方式直接影響管線的安全運行,因無標準明確規范缺陷大小與修復方式的直接關系,因此根據適用性評價結果明確環焊縫處置方法對指導環焊縫修復具有實際意義。

            文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|不銹鋼換熱管

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