欄目主持人戴聯(lián)雙博士：2014年和2018年，馬來西亞SSGP管道在地質(zhì)災(zāi)害活動頻繁的山區(qū)發(fā)生兩次環(huán)焊縫開裂事故。事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)，環(huán)焊縫存在低強(qiáng)匹配現(xiàn)象，降低了管道的應(yīng)變能力，對位移載荷尤其敏感，需要新的焊接工藝規(guī)程保障焊縫的高應(yīng)變能力，以與母材保持匹配。

1 SSGP管道概況

SSGP輸氣管道建成于2013年，全長512公里。螺旋焊縫鋼管，管材X70，管徑914毫米，壁厚14毫米至20毫米，輸送能力84萬立方米/小時。途經(jīng)復(fù)雜地形區(qū)域，穿越大量河流、濕地、茂密森林，以及棕櫚樹覆蓋的高海拔山地。

該管道設(shè)計(jì)遵循ASME B31.8:2007《輸氣和配氣管道系統(tǒng)》輸送非酸性氣體規(guī)范要求，設(shè)計(jì)壽命為25年，采用內(nèi)涂層和溶解環(huán)氧涂層防腐。施工期間，焊接工藝規(guī)程（WPS）完全與API 1104《管道及有關(guān)設(shè)施的焊接》規(guī)范保持一致，采用的纖維素焊條和其他焊接工藝參數(shù)都符合規(guī)范要求，且綜合考慮了管道施工、運(yùn)行和外部環(huán)境可能承受的軸向載荷，抗應(yīng)變能力為0.5%（當(dāng)管道位于地質(zhì)災(zāi)害活動頻繁區(qū)域，應(yīng)變量超過0.5%時將會危及管道運(yùn)行安全）。

2 事故應(yīng)對措施

兩次環(huán)焊縫開裂事故都發(fā)生在Sarawak地區(qū)。第一次事故發(fā)生于2014年6月（圖 1），導(dǎo)致管道停輸2年。期間，開展了大量失效調(diào)查、技術(shù)研究和現(xiàn)場修復(fù)工作。包括：①管道全線地質(zhì)災(zāi)害排查和相關(guān)地災(zāi)防控技術(shù)研究；②建設(shè)施工期全部射線底片復(fù)查；③開裂環(huán)焊縫實(shí)驗(yàn)室分析；④成功修復(fù)了幾百處危害性環(huán)焊縫。

第二次事故發(fā)生于2018年1月（圖 2），再次開展了現(xiàn)場修復(fù)和技術(shù)研究工作。包括：①委托位于新加坡的DNV GL公司開展失效調(diào)查；②制定具有高應(yīng)變能力的焊接工藝規(guī)程；③確定能夠達(dá)到焊接高應(yīng)變能力焊縫的焊工資質(zhì)。

此外，針對所有識別出來的存在地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的管段進(jìn)行再檢測。檢測方法主要是非接觸式漏磁檢測（MTM）和管道內(nèi)檢測（ILI），用以識別管道發(fā)生彎曲和存在應(yīng)變變形狀態(tài)的位置。識別出的高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)焊縫都進(jìn)行了開挖，并采用超聲檢測（PAUT，TOFD）、磁粉檢測（MT）、渦流檢測（EC）和射線檢測（RT）確定環(huán)焊縫是否存在缺陷。

3 全尺寸彎曲試驗(yàn)

檢測確定，發(fā)生開裂的兩處環(huán)焊縫存在錯邊和根部缺陷（均在驗(yàn)收指標(biāo)范圍內(nèi)，不存在超標(biāo)缺陷）。為了評估環(huán)焊縫與母材的匹配性對管道承受外載荷引起的位移應(yīng)變能力（環(huán)焊縫抗應(yīng)變能力），開展了兩次模擬管道環(huán)焊縫現(xiàn)狀（均含有錯邊和根部缺陷）的全尺寸彎曲試驗(yàn)。

試驗(yàn)一：采用SSGP的原焊接工藝規(guī)程。環(huán)焊縫機(jī)械性能測試報(bào)告顯示，其拉伸強(qiáng)度576～635 MPa，符合API標(biāo)準(zhǔn)（570～760 MPa）規(guī)定。焊縫、熱影響區(qū)和母材的沖擊功分別為62.7 J、 127.3 J和262.7 J。試驗(yàn)結(jié)果顯示：失效發(fā)生在環(huán)焊縫位置，失效時的拉伸應(yīng)變小于0.5%（在根部預(yù)制了深3.0 mm、長190 mm缺陷，并伴有2 mm錯邊）。試驗(yàn)管段的水壓和環(huán)焊縫最大位移分別是9.2 MPa和200.94 mm。開裂位置和形貌見圖 3。

試驗(yàn)二：采用具備高應(yīng)變能力的焊接工藝規(guī)程。根焊采用E7016-H4，熱焊、填充和蓋帽都采用E9045-P2 H4R，手工電弧焊堿性實(shí)心焊條。環(huán)焊縫機(jī)械性能測試報(bào)告顯示，拉伸強(qiáng)度613～670 MPa，符合API標(biāo)準(zhǔn)（570～760 MPa）規(guī)定。焊縫、熱影響區(qū)和母材的沖擊功分別為160 J、 281 J和298 J。試驗(yàn)結(jié)果顯示：失效發(fā)生在母材位置，失效時的拉伸應(yīng)變大于3%（在根部預(yù)制了深2.9 mm、長190 mm、寬0.7 mm的缺陷，并伴有2 mm錯邊）。見圖 4、圖 5。

試驗(yàn)二超過3%應(yīng)變水平和9.6 MPa內(nèi)壓情況下環(huán)焊縫沒有發(fā)生開裂，表明改進(jìn)焊接工藝規(guī)程使得環(huán)焊縫具有高應(yīng)變能力，其強(qiáng)度跟母材相比具有較強(qiáng)匹配但沒有過度匹配，提高了管道整體結(jié)構(gòu)的抗外部位移載荷能力（抗應(yīng)變能力）。

4 高強(qiáng)鋼管道安全保障建議

結(jié)合SSGP兩次事故調(diào)查和全尺寸彎曲試驗(yàn)結(jié)果，針對高強(qiáng)鋼管道建設(shè)和運(yùn)營提出如下建議。

（1）使用優(yōu)質(zhì)和適用焊條（重視焊條的存放、烘干和使用），將會有效降低焊接過程中氫脆和延遲氫致裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）用堿性焊條代替纖維素焊條（如X70鋼管道用E9045代替E8010），使得焊縫與母材達(dá)到等強(qiáng)或較強(qiáng)匹配。

（3）結(jié)合E6010根焊和E8010熱焊、填充和蓋帽焊接現(xiàn)狀分析，使用E8010纖維素焊條最大應(yīng)變能力只達(dá)到0.48%。而使用適合的較強(qiáng)匹配焊條使焊縫應(yīng) 變能力超過了3%。環(huán)焊縫模擬分析和全尺寸彎曲試驗(yàn)（承受內(nèi)壓情況下）都驗(yàn)證了這種情況。

（4）針對可能存在地災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域應(yīng)在設(shè)計(jì)時考慮采用基于應(yīng)變的設(shè)計(jì)代替基于應(yīng)力的設(shè)計(jì)。基于CTOD斷裂韌性和應(yīng)變水平制定具備高應(yīng)變能力焊縫的焊接工藝規(guī)程。

（5）實(shí)時監(jiān)測地災(zāi)危害因素，以便及時采取快速和適用響應(yīng)措施。

（6）通過滑坡固定、限制土體移動等措施防控地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

提高環(huán)焊縫應(yīng)變能力，保持管道環(huán)焊縫與母材之間等強(qiáng)或較強(qiáng)匹配是提高管道抗位移載荷的有效措施，尤其在地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生的區(qū)域，應(yīng)從設(shè)計(jì)上考慮具備高應(yīng)變焊縫的焊接工藝規(guī)程和地質(zhì)災(zāi)害防控措施。

在談?wù)搹?qiáng)度匹配性提高抗外部載荷能力的時候，需要考慮焊縫的韌性儲備問題，只有具備足夠的韌性儲備，才會上升到匹配的問題，否則在尚未發(fā)生因匹配失效的情況下，易發(fā)生脆性斷裂失效。

（原文名稱： AIM-PIMG2019-1068 ： HIGH STRAINWELD SOLUTIONS FOR GEOHAZARD ACTIVEENVIRONMENT. 戴聯(lián)雙翻譯，管道建設(shè)期有關(guān)信息來自網(wǎng)絡(luò)。）

作者：戴聯(lián)雙，博士， 1983年生，現(xiàn)就職于國家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司，注冊安全工程師、二級安全評價(jià)師、管道檢驗(yàn)師。負(fù)責(zé)編寫了《油氣管道安全防護(hù)規(guī)范》（ Q/SY1490），參與起草公安部標(biāo)準(zhǔn)《石油天然氣管道系統(tǒng)治安風(fēng)險(xiǎn)等級和安全防范要求》（GA 1166）、國家標(biāo)準(zhǔn) 《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》（ GB 32167）等多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。在國內(nèi)外期刊先后發(fā)表論文10余篇，參與編著了《管道完整性管理技術(shù)》《油氣管道事故啟示錄》《油氣管道清管技術(shù)與應(yīng)用》等書籍。近年來多次獲得中石油集團(tuán)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎、河北省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎、管道科學(xué)獎等。