摘要：在珠海市有64km埋地燃氣鋼管已閑置達9年，為了確定是否可以再用，本文主要從焊接缺陷評估、管道防腐檢驗和壓力試驗3個方面，對系統(tǒng)的安全狀況進行了全面檢測和分析，并提出了安全啟用方案，使該系統(tǒng)得以重新安全運行。避免了重復投資，減輕了對環(huán)境的污染，是環(huán)保和資源有效利用的一次成功實踐。

關(guān)鍵詞：焊接缺陷；管道防腐；壓力試驗

??? 在祖國南方的珠海市，為改善城市空氣質(zhì)量、方便居民生活，自1990年開始興建管道燃氣系統(tǒng)以取代燃煤和燃油的能源結(jié)構(gòu)，至1995年全部建成，建有4個液化石油氣氣化站，并鋪設(shè)了64km地下燃氣鋼管，設(shè)計年供應液化石油氣可達5萬t，耗資近2億元人民幣。這項工程卻由于多種原因閑置了9年，敷設(shè)于地下的燃氣鋼管還可能受到腐蝕和損壞。

??? 為了確定閑置燃氣系統(tǒng)能否重新投產(chǎn)使用，在2003年我們組織相關(guān)專業(yè)公司一起對系統(tǒng)中各重要環(huán)節(jié)進行了全面檢測，對管道設(shè)施的安全狀況進行了科學分析。在對關(guān)鍵部位進行調(diào)整與修復的基礎(chǔ)上，對該系統(tǒng)做出了切合實際的質(zhì)量安全評價和安全啟用方案，使系統(tǒng)得以重新安全運行。目前，該系統(tǒng)已安全運行達5年，經(jīng)濟和社會效益均十分顯著?，F(xiàn)將該系統(tǒng)的質(zhì)量安全評價及檢測情況介紹如下：

??? 該燃氣系統(tǒng)主要由氣化站與埋地管道組成。氣化站主要檢驗與安全有關(guān)的防火間距、安全設(shè)施、液化石油氣儲罐及配氣管道等問題。氣化站經(jīng)檢驗符合我國規(guī)范要求，選用的設(shè)備標準高，雖經(jīng)閑置多年，但由于進行了必要的維護與管理，狀況良好，可在設(shè)計條件下安全使用。埋地燃氣鋼管是本次評價的重點，我們對其焊接、防腐等重要問題作了大量的檢測檢驗和分析評估工作。

??? 埋地敷設(shè)的燃氣管道最不安全的因素就是漏氣，因為燃氣泄漏后會到處流竄，無孔不入，不斷聚集形成爆炸性氣體，遇明火后容易引發(fā)火災與爆炸事故。而焊接缺陷是造成漏氣事故的一個重要原因，安全檢查首先由此入手。

??? 根據(jù)珠海市道路改造開挖出的埋地燃氣鋼管焊接質(zhì)量外觀檢查，發(fā)現(xiàn)部分焊縫存在錯口、未熔合、氣泡、夾渣、未焊透等缺陷，甚至有個別彎管和三通焊接時沒有坡口，造成管道焊接嚴重缺陷。鑒于這一情況，在全面檢驗時，為了探明全市燃氣管道焊接質(zhì)量的真實情況，我們決定采用各片區(qū)均勻選點取樣的方法進行檢驗，各種直徑三通、彎管、直管段和法蘭連接處均按比例確定選取數(shù)量。

??? 實際開挖21處，對取出的35個管件(直管段11個、彎管6個、三通10個和法蘭連接處8個)進行了探傷檢驗。其中法蘭連接處采用滲透探傷檢驗，結(jié)果均為Ⅰ級焊縫；其余27個管件采用X射線探傷檢驗，根據(jù)射線探傷結(jié)果統(tǒng)計，焊縫缺陷中有氣孔24處、夾渣39處、未焊透62處、未熔合2處、咬邊5處、錯口7處、凹陷11處，Ⅳ級焊縫比例為37.5%，基本為彎管和三通焊縫，直管段焊縫質(zhì)量普遍較好。

??? 為了進一步分析以上開挖管件的焊接缺陷，我們在上述檢驗基礎(chǔ)上分別在不同位置挑選了各種典型直管段5個、彎管3個和三通2個進行初步評估。

1.2.1 管件失效模式分析及評價方法

??? 由于該燃氣鋼管埋地后未全面正式供氣，僅作充氮保護，因此根據(jù)壓力低、波動小、管材韌性好等特點，確定其缺陷管件失效模式為塑性失效?？赏ㄟ^塑性極限分析對含缺陷管件進行安全評價。

1.2.2 管件所受外載載荷確定

??? 根據(jù)管網(wǎng)設(shè)計的內(nèi)壓力為0.2MPa，同時考慮管道走向的變化及管道自重的因素，管網(wǎng)中不同部位管段還有可能受到不同的軸向及彎矩作用。采用CAESAR管道應力分析軟件，按照ASME B31.8對典型工況進行應力分析計算，可分別得到被選管件所在管線的最大軸向應力Nmax和最大彎矩Mmax。為了安全起見，假設(shè)各管件均承受所在管線上的最大軸向力和最大彎矩。

由于軸向力與彎矩在管道上均產(chǎn)生軸向應力，故可通過等效轉(zhuǎn)換方法將軸向力轉(zhuǎn)化為彎矩以簡化評定過程，按此過程可確定各管線的彎矩載荷。

根據(jù)圖1所示原理，與軸向力N等效的彎矩M_N可由下式計算：

?

則疊加后的彎矩荷載為：

M=Mmax+M_N??? (2)

式中：N—軸向力，N；

M_N—與軸向力N等效的彎矩，N·m；

Do—管道外徑，m；

T—管道壁厚，m；

M—疊加后的彎矩，N·m；

??? ??Mmax—被選管件所在管線的最大彎矩。

1.2.3 直管段評定

??? 根據(jù)各直管段載荷計算結(jié)果，按國家標準《在用含缺陷壓力容器安全評定》規(guī)定的方法，對5個直管段焊縫進行塑性失效評定，評定結(jié)果均通過塑性失效計算。

1.2.4 彎管的評定

??? 利用有限元模型分析的方法，確定含未焊透缺陷彎管的塑性極限載荷，再參考上述標準對彎管焊縫進行評價。經(jīng)計算其中兩個彎管通過評定，而另一彎管由于焊縫的缺陷嚴重，已不滿足最小剩余壁厚2mm，故無法評價。

1.2.5 三通的評定

??? 三通評定方法與彎管一樣，利用有限元建模進行計算，計算結(jié)果一個三通通過評定，而另一個三通由于焊接結(jié)構(gòu)不合理，無法完成評定。

??? 為了解供氣系統(tǒng)現(xiàn)有埋地管線的極限狀態(tài)，對1個彎頭、2個三通、1個直管段進行了內(nèi)壓爆破試驗。其結(jié)果是彎頭與直管段的實際爆破壓力均大于計算爆破壓力，而2個三通由于焊縫泄漏，其實際爆破壓力小于計算爆破壓力，說明其焊縫質(zhì)量存在問題。當然，管件是否符合爆破要求，不是衡量燃氣系統(tǒng)是否能夠正常工作的標準，而應由燃氣管道壓力試驗來確定燃氣管道是否能正常工作。

??? 從以上焊縫探傷檢驗、焊接缺陷初步評估和爆破試驗的結(jié)果表明，該埋地燃氣管道系統(tǒng)的直管段和法蘭連接處焊接質(zhì)量較好，全部通過國家標準的評定要求。有部分彎管和三通焊縫質(zhì)量存在問題，無法通過評定，尤其是管路中均未采用標準三通管件，造成焊接困難，焊接缺陷較為突出。所以，三通和彎頭將是下一步的重要整改對象。