朱汪友

国家管网集团北方管道公司

 

保证环焊缝质量是实现油气管道本质安全的关键。近年来北方管道公司通过全面开展环焊缝质量排查，基本摸清了当前认识水平下焊口的质量状况，厘清了环焊缝失效影响因素，通过对问题焊缝的集中治理，消除了存量隐患风险，保持并提升了管道本质安全水平。

1  环焊缝质量排查

环焊缝失效往往是多种因素叠加的结果，需要作为系统工程从多个纬度进行排查，由表及里，找出隐藏缺陷。

（1） 排查思路。

鉴于环焊缝失效的复杂性，为充分识别风险隐患，从环焊缝缺陷、载荷作用、材料性能、施工管理、综合风险评估等方面排查失效原因。见图 1。科学精准制定开挖原则和计划，提高开挖的准确率，节约开挖成本。

（2）排查内容。

缺陷排查。依据无损检测标准，对环焊缝射线底片进行复核，找出未被识别的缺陷，分析质量隐患，对缺陷严重焊口现场开挖验证。

采用北方管道公司科研成果“管道环焊缝缺陷漏磁检测信号识别与评价”方法，结合环焊缝异常开挖验证数据，制定环焊缝异常缺陷信号复核分级规则，基于信号特征的形貌、强度、位置等信息，对环焊缝缺陷进行分级识别。见图 2。

图 2 内检测信号复核图

载荷排查。按照GB/T 34346―2017《基于风险的油气管道安全隐患分级导则》、SY/T 6828―2017《油气管道地质灾害风险管理技术规范》、DZ/T 0284―2015《地质灾害排查规范》等标准，对管道沿线地灾状况、软弱地基和人工扰动等进行排查，查找可能导致管道失效的灾害点。根据排查结果采取相应措施，消除地质条件影响隐患，切断外部载荷对管道的影响，确保管道运行安全。见图 3。

图 3 地灾监测截图

材料性能排查。通过对焊接工艺进行分析，发现环焊缝在焊接过程中预热温度、焊接接头、焊丝型号等是否满足标准要求，进而推断不同环焊缝材料性能相对质量状况。

管理问题排查。检查与焊口相关的竣工资料和内检测资料，排查施工记录、监理记录、无损检测报告的符合性和一致性，上溯施工管理问题。如果环焊缝查不到对应的施工记录、检测报告和射线底片，需对其进行开挖检测。对存在较多不合格焊口和修复焊口的施工队伍，要加大其焊口开挖量。

综合风险评估。借鉴完整性管理思路，开展环焊缝专项风险评估，综合考虑和评价各类风险因素导致管道环焊缝失效的可能性及后果影响，筛选高失效风险环焊缝，用于指导现场开挖验证和处置工作。见图 4。

（3）开挖验证。

对开挖结果统计分析，裂纹口主要分布于X70管道，集中于管顶/管底位置。裂纹口的数量一定程度上能够反映焊接质量及相关因素对裂纹产生的影响，其中弯管变壁厚口的不合格和需修复比例最高。见图 5。主要原因为弯管变壁厚口相较于其他类型焊口焊接过程难度更大，容易产生气孔、未熔合、裂纹等缺陷，以及留存残余应力。

图 5 各类型焊口不合格分布

随着持续开展环焊缝排查和开挖验证，焊口的不合格率和需修复率逐年下降，说明在役管道环焊缝存量风险整体降低。

2  对环焊缝缺陷的认知

环焊缝缺陷是引发事故的基础致因。材料性能不达标导致抵抗开裂的能力降低，管道附加应力是引发事故的外部因素。

（1）从管道设计及力学角度分析，无外载时管道本身轴向受力较小。超设计轴向载荷过大时，即使性能达标也会产生失效。许多案例表明，环焊缝性能合格且无缺陷时，附加载荷也会导致其延性拉伸失效。

（2）对于应变能力较低的环焊缝，即使无缺陷也可能由于应变积累导致韧性断裂。体积型缺陷往往不会导致焊缝开裂。即使存在穿透型缺陷，在附加载荷较小且韧性达标时不会发生开裂。预制缺陷爆破试验证明，较严重的焊缝缺陷也能承受设计条件甚至一定的外载。

（3）长距离露管（悬空）案例说明，在材料及焊缝力学性能达标的时候，管道即使承受一定的外部载荷也不会发生失效。环焊缝现场开挖发现，高中低钢级管道均有裂纹，主要分布在高钢级管道。从服役年限看，投产三、五年到十几年不等，均未发生开裂。原因主要是外力、变壁厚、低韧性、缺陷等多因素叠加造成管道失效。

3  提升环焊缝质量建议

环焊缝质量风险管控作为提升管道本质安全的一项系统性工程，是管理和技术交织的综合性难题。其最佳技术控制节点应在建设期，包括优化的管道线路设计、规范的焊接工艺实施、科学的缺陷接受标准、严格的施工质量控制等。运行期通过开展环焊缝质量排查治理，消减环焊缝存量风险，以有效降低本体风险，保障管道本质安全。为此提出以下建议。

（1）优化线路设计。

尽量避让地质灾害高发区，减少弯头、变壁厚口和连头口等，或采取提前治理、预防等措施减缓对管道本体的影响。对于存在土体位移导致环焊缝附加应力的风险管段，应在GB 50251―2015《输气管道工程设计规范》基础上增加管道轴向应力校核。对于无法通过校核的管段，可考虑采用基于应变的设计，选用大应变管道和相应焊材及焊接工艺增加整体管段抗变形的能力。

（2）控制管材强度。

高钢级管线钢普遍采用控轧控冷技术，导致各向异性增加，整体强度偏高，使管道环焊缝的强度匹配难度增加。国际知名企业管道标准在API 5L的基础上对屈服强度波动范围进行了收窄，X65、X70和X80三个钢级的收窄范围均为120 MPa。中俄东线的供货条件中，也对强度的上限进行了限制（屈服强度555 MPa～690 MPa、抗拉强度625 MPa ～780 MPa）。同时通过优化管线钢的化学成分改善环焊缝韧性。

（3）控制返修工艺。

目前收集的裂纹焊口分析报告显示30%的裂纹与内返修及内补焊相关，说明环焊缝返修及补焊过程可能存在不合规，或返修及补焊工艺有待进一步优化提升。在兼顾经济性和可操作性的同时，应重点考虑焊接方法对于环焊缝质量的影响。

（4）推行智能监管。

通过信息化和工业化技术融合，实现对施工环节及工序可视化管理、重要施工参数实时动态管理，确保全过程监管和施工质量。基于数字孪生的环焊缝工程建设开展全流程数据管理，实现环焊缝失效发展预测及风险减缓决策。

 

作者简介：朱汪友，1978年生，本科毕业于北京石油化工学院电气技术专业，硕士毕业于中国人民大学工商管理专业。现任国家管网集团北方管道有限责任公司党委委员、副总经理。