管道中的缺陷及修復(fù)

管道中的缺陷及修復(fù)管道中的缺陷及修復(fù) 油氣管道斷裂的基本原因來自管線中的缺陷 認(rèn)識缺陷產(chǎn) 生的原因 并把缺陷減至最低限度 這對防止管道的斷裂是十 分重要的 發(fā)現(xiàn)缺陷以后 正確的判斷 并加以修復(fù) 也是十 分重要的 一 油氣管道事故分析一 油氣管道事故分析 一 事故的定義 出現(xiàn)何種問題才算是事故 我國尚無明確界限 美國許多 年前 就成立管道安全機(jī)構(gòu) 原文為 office of pipeline safety by the operators 簡稱 opso 專門統(tǒng)計 研究 管理有關(guān)管道安全 方面的有關(guān)事宜 該組織將管道事故做出如下定義 并規(guī)定所 有符合該定義的事故均需向該組織報告 opso 將管道事故定義 如下 據(jù)初步了解 全世界大多數(shù)工業(yè)發(fā)達(dá)國家均采用此定義 1 造成人員死亡和重傷需送醫(yī)院治療者 2 需要更換輸送管段者 3 造成天然氣爆炸者 4 經(jīng)濟(jì)損失大于 5000 美元者 5 造成泄漏需立即修復(fù)者 6 用瓦斯及類似介質(zhì)進(jìn)行試壓出現(xiàn)失敗者 7 其它由操作使用單位判斷確認(rèn)事態(tài)嚴(yán)重需確定為事故者 看來以上定義也不盡完善 將來需進(jìn)一步補(bǔ)充 我國可參 照執(zhí)行 二 操作管線的事故統(tǒng)計和分析 opso 統(tǒng)計了由 1970 年至 1975 年六年間操作管線的事故情 況 頗有代表意義 見表 2 5 3 表表 2 2 5 5 3 3 19701970 年至年至 19751975 年美國操作管道事故統(tǒng)計年美國操作管道事故統(tǒng)計 事故分類次數(shù)百分比 外部原因 138456 管材缺陷 41517 腐蝕 26615 建造上的缺點(diǎn) 1245 其它 1707 總計 2459 100 由上表看出外部原因占總事故的一半以上 所謂的外部原 因主要由以下構(gòu)成 1 有 69 系由于美國管道發(fā)展歷史較長 有些老管線原來 標(biāo)志不清 或標(biāo)志隨著時間的流逝已逐漸失落 竣工圖不完善 以致在地面施工其它建筑物時把管線碰壞 2 有 14 系由于地震 滑波 活動斷層 河流穿越管段被 沖出河床等土壤移動而造成的損壞 3 有 6 系由于設(shè)備 泵 閥等 操作不當(dāng)引起水擊或其它原 因?qū)⒐芫€損壞 4 有 2 系車輛破壞 如重型車輛將管線壓壞或碰壞 5 有 9 系人為破壞造成的 我國管線建造歷史較短 目前前述第一條不是主要的 而 第二條是占第一位的 但隨著時間的推移 如果我們不將國外 的教訓(xùn)引以為戒 第一條所述的事故原因?qū)鬄樵黾?據(jù)美國統(tǒng)計 1970 年至 1975 年六年時間內(nèi) 腐蝕和管材 原因所造成的事故降低約 10 而由于外部原因所造成的事故 卻增加了大約 10 在所有的外部原因造成的事故總數(shù)中 地下管線占 88 而地上的只占 12 這進(jìn)一步說明竣工檔案和管線的標(biāo)志的重 要性 管材的缺陷引起的事故在操作的管線中占第二位 從母材 上看 其缺陷主要為分層 夾渣 在軋制管材中混入異物 等 從 焊縫上看 包括直縫和螺旋焊縫 其缺陷為焊偏 未焊透 氣 孔 缺肉 咬邊等 應(yīng)當(dāng)特別指出 管材中很大的一部分缺陷 是在運(yùn)輸過程中造成的 運(yùn)輸過程中所造成的缺陷可以分為兩 大類 1 在運(yùn)輸過程中 由于鋼管沒有墊好 隨著車輛的振動而 振動 造成焊縫處的疲勞裂紋 裂紋在焊縫的四個角上發(fā)生 這些裂紋有的在管線安裝完畢后的試壓中可以發(fā)現(xiàn) 大部分裂 紋卻在使用過程中由于種種原因進(jìn)一步擴(kuò)展 而出現(xiàn)事故 疲 勞裂紋的情況見圖 2 5 20 2 在運(yùn)輸?shù)难b 卸 倒運(yùn)等過程中造成鋼管表面的壓坑和 劃痕 劃痕雖然不深 通常只有 0 25 0 4mm 但在劃痕的 底部多數(shù)形成一薄層馬氏體 厚約 0 25 0 5mm 馬氏很脆 這樣會造成表面劃痕進(jìn)一步擴(kuò)展 尤有甚者 在管線受壓后 壓坑向外突出 形成鼓脹作用 這有使表面劃痕張開的趨勢 使情況更為嚴(yán)重 管線的腐蝕是造成操作管線發(fā)生事故的第三位原因 近年 來 由于電法保護(hù) 防腐涂層和黃夾克等技術(shù)的進(jìn)步 已使由 于腐蝕造成的破壞大為降低 根據(jù) opso 的統(tǒng)計看 在美國外 腐造成的事故占 79 內(nèi)腐蝕占 21 圖 2 5 20 在運(yùn)輸過程中 焊縫的 4 個角產(chǎn)生疲勞裂紋 施工的缺陷在操作管線上所造成的事故只占 5 這些缺 陷主要是在環(huán)縫檢驗(yàn)和試壓完成后 在管線下溝 回填等過程 中 將管線碰壞 以致在操作過程中留下隱患 還應(yīng)特別指出的是 對于操作管線來說 管線的壽命越長 事故率越高 見圖 2 5 21 老管線事故率較高的原因是 圖 2 5 21 建設(shè)年限與事故率的關(guān)系 1 老管線的標(biāo)志 峻工檔案等不完備 在新的建筑物建設(shè) 過程中易把管線破壞 2 管線使用時間的延長 由于腐蝕而造成的破壞增加了 管線事故的形式有兩種 一種是漏 一種是斷裂 管線通 常是先漏后斷 如果在有微小泄漏時就及時發(fā)現(xiàn) 并加以修理 則可以避免斷裂 斷裂所造成的損失比泄漏要大得多 據(jù)美國 opso 統(tǒng)計 斷裂所造成的損失平均為 14640 美元 而泄漏僅為 4360 美元 在事故的總數(shù)中斷裂占 1 3 單純泄漏占 2 3 三 試壓時所造成的事故分析 根據(jù) opso 統(tǒng)計 在 1970 年至 1975 年的六年間 美國在 新建管線試壓過程中出現(xiàn)的事故分類見表 2 5 4 由表中可以看出 在試壓過程中 事故產(chǎn)生的最主要的原 因是管材的缺陷 其實(shí) 試壓的目的也正是為了找出管材 包括 母材和鋼管的焊縫 的缺陷而加以排除 表表 2 2 5 5 4 4 19701970 年 年 19751975 年美國管線試壓事故統(tǒng)計年美國管線試壓事故統(tǒng)計 事故分類次數(shù)百分比 外部原因 191 管材缺陷 105576 腐蝕 16712 建造上的缺點(diǎn) 13210 其它 161 總計 1389100 二 裂源的判斷二 裂源的判斷 管線斷裂以后 準(zhǔn)確的判斷裂源的位置 是找出斷裂產(chǎn)生 的原因 并確定修復(fù)方法的前提 一 脆性斷裂裂源的判斷 脆性斷裂比較容易判定裂源的位置 首先從破裂面觀查 可看出有明顯的人字形 或稱魚骨形波紋 裂源處于人字形尖 端的一側(cè) 從破裂面人字形的交叉處即可找到裂源 見圖 2 5 22 所以會出現(xiàn)人字形波紋是由于斷裂首先從中心開始 然 后向兩邊擴(kuò)展 中間接近平面應(yīng)變狀態(tài) 兩側(cè)為平面應(yīng)力狀態(tài) 如果破裂斷面除拉應(yīng)力外 還伴有彎曲應(yīng)力時 則人字形 向一邊偏移 但判定裂源的方法不變 二 延性斷裂裂源的判斷 延性斷裂與脆性斷裂相同的是其破裂面亦有人字形波紋 故仍可按脆性斷裂的方法 來判定裂源 所不同的是延性斷裂 的人字形波紋遠(yuǎn)不如脆性斷裂的波紋明顯 故判定比較困難 控軋鋼延性斷裂的破裂面有所不同 第一 在破裂面上常 有分層現(xiàn)象 英文稱為 sepamtion 這是結(jié)晶結(jié)構(gòu)形成的 并 不是缺陷 它與英文 lamination 不同 后面這個字 中文亦譯 為分層 它是鋼材的缺陷 第二 控軋鋼的破裂面有時出現(xiàn)箭 頭形 見圖 2 5 23 裂源在箭頭的相反方向 從裂源在管子上所處的部分看 操作管線與試壓階段出現(xiàn) 的情況不同 請見表 2 5 5 由表中看出 對于操作管線 裂源主要發(fā)生在母材上 這 是由于外力和腐蝕造成的 而在試壓時 缺陷 裂源 主要發(fā)生在 鋼管的螺旋縫或直縫上 這一情況與我國實(shí)際情況一致 表表 2 2 5 5 5 5 裂源的部位裂源的部位 破壞部位操作管線試壓 母材55 6 29 7 直縫或螺旋縫3 9 59 8 環(huán)縫6 2 5 9 其它34 3 4 6 三 缺陷的修復(fù)三 缺陷的修復(fù) 根據(jù)缺陷的性質(zhì)和嚴(yán)重程度分別采取以下四種修復(fù)的辦法 1 表面磨光法 2 補(bǔ)焊法 3 加保護(hù)套 圖 2 5 22zz 脆性斷襲的破裂面 圖 2 5 23 控軋鋼的破裂面有時出現(xiàn)箭頭形 4 更換管段 對于輕微的表面劃痕 麻斑等可用表面磨光法 即用砂輪 將其磨平 是否可以采用表面磨光法 通常要經(jīng)過計算 磨去 以后的剩余厚度應(yīng)不小于以下數(shù)值 式中 p 鋼管在該部位承受的壓力 kg cm2 d 鋼管直徑 cm smys 管材規(guī)定的最低屈服極限 kg cm2 t 打磨后的剩余最小厚度 cm 對于焊縫的咬肉 未焊夠等缺點(diǎn) 以及較深的麻坑等可采 取補(bǔ)焊法 但補(bǔ)焊時 要特別注意 有時補(bǔ)焊不當(dāng) 會產(chǎn)生更 嚴(yán)重的后果 消除缺陷最常用的方法是加保護(hù)套 對于較深劃痕以及伴 有壓坑的劃痕推薦采用保護(hù)套 保護(hù)套有兩種 見圖 2 5 24 圖 2 5 24 看出 保護(hù)套有兩種類型 a 型為上下兩個半 圓 兩個縱縫處有板條 板條與半圓形護(hù)套之間用搭焊 兩端 的環(huán)縫如有泄漏時 要焊上 如無泄漏也不可焊 圖 2 5 24 保護(hù)套 b 型為上下兩個半圓 護(hù)套扣在帶有缺陷的管子上 兩條 縱縫采取填充焊直接與鋼管焊在一起 兩端的環(huán)縫是否焊上 其處理方法與 a 型相同 護(hù)套的作用不僅可以承受一部分環(huán)向應(yīng)力 而且可以減少 或抵消被保護(hù)鋼管缺陷的鼓脹作用 對于伴有壓坑的劃