杨合建 邢晓永

国家管网集团（福建）应急维修公司

摘要：本文针对工业园区在役管道因软弱地基和外部载荷变化等多因素造成的屈曲变形，进行宏观检测、无损检测、理化性能及周边环境变化综合分析，确定屈曲变形产生主要原因，提出隐患治理和风险消减措施，为工业园区内类似管道失效分析和本质安全管理提供借鉴。

关键词：屈曲变形；拉伸实验；刻槽锤断；内弧侧；外弧侧

某天然气管道设计压力7.5 MPa，常年运行压力4 MPa～6 MPa，2006年建成，当时通过某区域水田，为淤泥质软基。由于地方经济发展需要，该区域于2014年规划建成工业园区。周边环境变化包含工业园区建筑物、覆土、公路、车辆动载等。该屈曲弯管上游两侧建筑载荷对称挤压软基，使弯管上游直管段受到平衡的推力，相当于固支。

2019年6月，在进行管线内检测过程中，发现1处约10%变形量的信号严重异常点。经开挖验证为屈曲变形，位于55°弯头本体上（水平弯），实测最大变形量为44.5 mm（11%），同年7月，该变形弯管完成不停输换管。

1  缺陷管体检测与分析

为进一步明确缺陷成因，结合周边自然环境变化，从宏观检测、无损检测、理化性能和综合分析等方面，对缺陷管体进行检测与分析。

1.1  宏观检测

屈曲位于热煨弯头外弧侧，原环氧粉末防腐层完全脱落，内弧侧防腐层局部脱落，其他未完全脱落的防腐层存在环向裂纹（图 1）。热煨弯头全长约3.4 m，其中弯管长约3.2 m，对接直管长250 mm，弯曲角27.6°。

在弯管外表面标记轴向等间距分布的环套，相邻环套轴向间隔100 mm。采用直尺投影法测量每个环套水平直径，采用软尺测量周长，并计算圆度，计算证明弯管变形后直径和圆度出现了不均匀现象，其中屈曲处和下游变形较大，屈曲上游变形较小，计算结果如图 2所示。

图 1 热煨弯头防腐层形貌

图 2 弯管圆度变化

采用游标卡尺对屈曲高度和宽度进行测量。屈曲环向分布于外弧侧1:00至5:00，最大高度位于3:00，高约28 mm，屈曲轴向宽度约60 mm～80 mm（图 3）。屈曲宽度沿环向从中间到两边逐渐增大，屈曲高度沿环向从中间到两边逐渐降低。

图 3 屈曲几何特征测量

在屈曲部位画等距网格，环向网格线以15分钟为间隔，轴向网格线以20 mm为间隔（图 4）。采用超声波测厚仪对17×15个点进行了壁厚测量，结果见图 5，与未变形处相比，屈曲处壁厚增大。

图 4 屈曲处壁厚测量网格

图 5 屈曲处壁厚云图

1.2  无损检测

依据SY/T 4109―2005《石油天然气钢质管道无损检测》，对热煨弯头环焊缝和屈曲部位进行磁粉、超声检测和射线检测，均未发现超标缺陷。对热煨弯头取样，取样位置如图 6所示，进行化学成分、金相组织、力学性能检测。检测表明，直管段、上游环焊缝、弯管直管段、外弧侧、内弧侧、屈曲处的力学性能符合要求。将屈曲处与未屈曲部位的力学性能进行对比，屈曲处材料屈服强度增高，硬度增大，韧性下降，但相关力学性能仍高于标准。

图 6 理化性能取样示意图

依据相关标准对直管段、弯管直段管体和屈曲部位材料进行化学成分分析、氮（N）元素分析和金相组织、晶粒度分析，金相分析取样，相关指标均符合标准。环焊缝金相组织无异常，屈曲部位的金相组织发生变形，屈曲部位与非屈曲部位的组织一致，均为PF+B粒+少量P，晶粒度均为10～11级。

2  综合分析

屈曲弯管周边公路2010～2011年建成，2013年进行的第一次内检测未发现屈曲，2014年工业园区建成，2019年进行的第二次内检测发现屈曲。在形成弯管屈曲的时间段内，主要的环境变化是工业园区的建设，因此可以判断，屈曲应是在工业园区建设过程中逐步形成。

一般来说，弯管发生失效的可能影响因素有管段材料性能、管道运行工况变化、下游公路的影响、工业园区建筑施工影响以及弯管处淤泥质软基等因素。通过以上分析，弯管本体、环焊缝及直管段理化性能检验结果均满足相关标准要求，管段材料性能未发现异常，该类因素可以排除。管道运行工况长期低于设计压力，流速低于10 m/s，满足管道内气压波动，管道运行工况变化因素也可以排除。公路建成之后2013年进行的第一次内检测未发现屈曲变形，车辆动载对下游管道产生的垂直向下载荷不会造成弯管的实际屈曲形成，因此，公路建设和车辆动载因素也被排除。

从时间维度分析，屈曲应是在工业园区建设过程中逐步形成的。分析屈曲弯管周边建筑活动情况，建筑施工等载荷挤压软基向周围移动，下游管段与2号楼距离最近，受软基移动的影响向远离2号楼方向偏移，在管系约束情况下，使弯管受到弯矩及轴向载荷作用。因此，2号楼的建设造成弯管屈曲可能性最大。

3  结语

外部载荷挤压地下软基可以引起管道局部偏移，偏移过程中局部应力集中造成管道失效的概率很大。因此，在线路日常巡护过程中，应加强工业园区管线地面环境和建设作业情况的监测，包括地面沉降、第三方施工等，若发现异常的环境变化，应及时进行风险分析，采取必要的预防措施。若无有效措施，也可考虑换管或改线，彻底解决隐患。同时加强对地质情况和弯管应力应变监测，掌握弯管的服役状态。对于其他处于软基中的管道，沿线的建筑工程也会带来类似风险，应开展专项隐患排查，确保管道本质安全。

作者简介：杨合建，1982年生，本科，国家管网集团（福建）应急维修有限责任公司焊接经理，主要从事大型LNG接收站检维修、应急抢修、长输石油天然气管道不停输开孔封堵、带压焊接、设备设施完整性管理相关工作。联系方式：13799667213，13799667213@139.com。