摘要：在珠海市有64km埋地燃?xì)怃摴芤验e置達(dá)9年，為了確定是否可以再用，本文主要從焊接缺陷評(píng)估、管道防腐檢驗(yàn)和壓力試驗(yàn)3個(gè)方面，對(duì)系統(tǒng)的安全狀況進(jìn)行了全面檢測(cè)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(yùn)行。避免了重復(fù)投資，減輕了對(duì)環(huán)境的污染，是環(huán)保和資源有效利用的一次成功實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：焊接缺陷；管道防腐；壓力試驗(yàn)

??? 在祖國(guó)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(kāi)始興建管道燃?xì)庀到y(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(gè)液化石油氣氣化站，并鋪設(shè)了64km地下燃?xì)怃摴埽O(shè)計(jì)年供應(yīng)液化石油氣可達(dá)5萬(wàn)t，耗資近2億元人民幣。這項(xiàng)工程卻由于多種原因閑置了9年，敷設(shè)于地下的燃?xì)怃摴苓€可能受到腐蝕和損壞。

??? 為了確定閑置燃?xì)庀到y(tǒng)能否重新投產(chǎn)使用，在2003年我們組織相關(guān)專(zhuān)業(yè)公司一起對(duì)系統(tǒng)中各重要環(huán)節(jié)進(jìn)行了全面檢測(cè)，對(duì)管道設(shè)施的安全狀況進(jìn)行了科學(xué)分析。在對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行調(diào)整與修復(fù)的基礎(chǔ)上，對(duì)該系統(tǒng)做出了切合實(shí)際的質(zhì)量安全評(píng)價(jià)和安全啟用方案，使系統(tǒng)得以重新安全運(yùn)行。目前，該系統(tǒng)已安全運(yùn)行達(dá)5年，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益均十分顯著?，F(xiàn)將該系統(tǒng)的質(zhì)量安全評(píng)價(jià)及檢測(cè)情況介紹如下：

??? 該燃?xì)庀到y(tǒng)主要由氣化站與埋地管道組成。氣化站主要檢驗(yàn)與安全有關(guān)的防火間距、安全設(shè)施、液化石油氣儲(chǔ)罐及配氣管道等問(wèn)題。氣化站經(jīng)檢驗(yàn)符合我國(guó)規(guī)范要求，選用的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)高，雖經(jīng)閑置多年，但由于進(jìn)行了必要的維護(hù)與管理，狀況良好，可在設(shè)計(jì)條件下安全使用。埋地燃?xì)怃摴苁潜敬卧u(píng)價(jià)的重點(diǎn)，我們對(duì)其焊接、防腐等重要問(wèn)題作了大量的檢測(cè)檢驗(yàn)和分析評(píng)估工作。

??? 埋地敷設(shè)的燃?xì)夤艿雷畈话踩囊蛩鼐褪锹?，因?yàn)槿細(xì)庑孤┖髸?huì)到處流竄，無(wú)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(zāi)與爆炸事故。而焊接缺陷是造成漏氣事故的一個(gè)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(kāi)挖出的埋地燃?xì)怃摴芎附淤|(zhì)量外觀檢查，發(fā)現(xiàn)部分焊縫存在錯(cuò)口、未熔合、氣泡、夾渣、未焊透等缺陷，甚至有個(gè)別彎管和三通焊接時(shí)沒(méi)有坡口，造成管道焊接嚴(yán)重缺陷。鑒于這一情況，在全面檢驗(yàn)時(shí)，為了探明全市燃?xì)夤艿篮附淤|(zhì)量的真實(shí)情況，我們決定采用各片區(qū)均勻選點(diǎn)取樣的方法進(jìn)行檢驗(yàn)，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(shí)際開(kāi)挖21處，對(duì)取出的35個(gè)管件(直管段11個(gè)、彎管6個(gè)、三通10個(gè)和法蘭連接處8個(gè))進(jìn)行了探傷檢驗(yàn)。其中法蘭連接處采用滲透探傷檢驗(yàn)，結(jié)果均為Ⅰ級(jí)焊縫；其余27個(gè)管件采用X射線探傷檢驗(yàn)，根據(jù)射線探傷結(jié)果統(tǒng)計(jì)，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(cuò)口7處、凹陷11處，Ⅳ級(jí)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(jìn)一步分析以上開(kāi)挖管件的焊接缺陷，我們?cè)谏鲜鰴z驗(yàn)基礎(chǔ)上分別在不同位置挑選了各種典型直管段5個(gè)、彎管3個(gè)和三通2個(gè)進(jìn)行初步評(píng)估。

1.2.1 管件失效模式分析及評(píng)價(jià)方法

??? 由于該燃?xì)怃摴苈竦睾笪慈嬲焦?，僅作充氮保護(hù)，因此根據(jù)壓力低、波動(dòng)小、管材韌性好等特點(diǎn)，確定其缺陷管件失效模式為塑性失效。可通過(guò)塑性極限分析對(duì)含缺陷管件進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。

1.2.2 管件所受外載載荷確定

??? 根據(jù)管網(wǎng)設(shè)計(jì)的內(nèi)壓力為0.2MPa，同時(shí)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(yīng)力分析軟件，按照ASME B31.8對(duì)典型工況進(jìn)行應(yīng)力分析計(jì)算，可分別得到被選管件所在管線的最大軸向應(yīng)力Nmax和最大彎矩Mmax。為了安全起見(jiàn)，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(yīng)力，故可通過(guò)等效轉(zhuǎn)換方法將軸向力轉(zhuǎn)化為彎矩以簡(jiǎn)化評(píng)定過(guò)程，按此過(guò)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(jì)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(píng)定

??? 根據(jù)各直管段載荷計(jì)算結(jié)果，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定》規(guī)定的方法，對(duì)5個(gè)直管段焊縫進(jìn)行塑性失效評(píng)定，評(píng)定結(jié)果均通過(guò)塑性失效計(jì)算。

1.2.4 彎管的評(píng)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(biāo)準(zhǔn)對(duì)彎管焊縫進(jìn)行評(píng)價(jià)。經(jīng)計(jì)算其中兩個(gè)彎管通過(guò)評(píng)定，而另一彎管由于焊縫的缺陷嚴(yán)重，已不滿(mǎn)足最小剩余壁厚2mm，故無(wú)法評(píng)價(jià)。

1.2.5 三通的評(píng)定

??? 三通評(píng)定方法與彎管一樣，利用有限元建模進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果一個(gè)三通通過(guò)評(píng)定，而另一個(gè)三通由于焊接結(jié)構(gòu)不合理，無(wú)法完成評(píng)定。

??? 為了解供氣系統(tǒng)現(xiàn)有埋地管線的極限狀態(tài)，對(duì)1個(gè)彎頭、2個(gè)三通、1個(gè)直管段進(jìn)行了內(nèi)壓爆破試驗(yàn)。其結(jié)果是彎頭與直管段的實(shí)際爆破壓力均大于計(jì)算爆破壓力，而2個(gè)三通由于焊縫泄漏，其實(shí)際爆破壓力小于計(jì)算爆破壓力，說(shuō)明其焊縫質(zhì)量存在問(wèn)題。當(dāng)然，管件是否符合爆破要求，不是衡量燃?xì)庀到y(tǒng)是否能夠正常工作的標(biāo)準(zhǔn)，而應(yīng)由燃?xì)夤艿缐毫υ囼?yàn)來(lái)確定燃?xì)夤艿朗欠衲苷９ぷ鳌?/span>

??? 從以上焊縫探傷檢驗(yàn)、焊接缺陷初步評(píng)估和爆破試驗(yàn)的結(jié)果表明，該埋地燃?xì)夤艿老到y(tǒng)的直管段和法蘭連接處焊接質(zhì)量較好，全部通過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)定要求。有部分彎管和三通焊縫質(zhì)量存在問(wèn)題，無(wú)法通過(guò)評(píng)定，尤其是管路中均未采用標(biāo)準(zhǔn)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(duì)象。