淺談長輸管道施工中常遇問題與應對措施

肖斌

(遼河石油勘探局油田建設工程二公司,遼寧盤錦 124010)

淺談長輸管道施工中常遇問題與應對措施

肖斌

(遼河石油勘探局油田建設工程二公司,遼寧盤錦 124010)

隨著我國社會經濟的不斷發展,長輸管道輸送由于具有運輸成本低等優點,在各個領域的應用越來越廣泛。管道輸送在我國國民經濟發展中發揮著十分重要的作用,但由于長輸管道的工程線路較長、投資量和工程量較大,因此,對長輸管道施工管理進行安全質量控制尤為關鍵。本文分析了長輸管道施工中常見的問題,并且根據這些問題提出了相應的應對措施,以此給長輸管道施工人員提供參考。

長輸管道施工應對措施質量控制

長輸管道在我國能源輸送領域的應用越來越廣泛，管道施工技術也在逐漸提高，給我國的能源安全做出了重大貢獻。但是在長輸管道施工過程中也會出現各種問題，例如在施工中如何選擇管道材料，如何防止管道斷裂等。我國長輸管道施工中的試壓標準和程序等還存在一定的缺陷[1]。如果不解決這些問題很可能出現各種安全問題，甚至出現毀滅性的損害，同時也影響到管道的運行安全，無法發揮長輸管道應有的作用。

1 管道材料的選擇方法

長輸管道施工中首先需要對管道材料進行選擇，在保證管道輸送量和輸送壓力的情況下，選擇高強度材質的管道可以減少管材的使用量，并且減少鋼材的運輸費用等。從經濟的層面考慮，我國大型長輸工程施工中一般選擇高強度鋼材的管道，例如X80等。但由于煉鋼等技術原因，現有的高強度鋼材在韌性和質量上還存在一定的缺陷，特別是X80超高壓力鋼材的缺陷更加明顯。高強度鋼材的主要缺陷有：(1)韌性不足。高強度鋼材的韌性還沒有隨著鋼材強度的提高而提高，特別是管材沖擊韌性的CNN值還沒有得到有效提高，這也在一定程度上增加了鋼材韌性斷裂的可能性。(2)質量控制難度大。高強度管材的內部很容易出現無法檢測的隱形裂縫，隱形裂縫和韌性不足等缺陷，加上鋼材在長時間的運輸過程中很容易出現各種不確定性的損傷，增加了鋼材管道產生斷裂的概率，也大大增加了對高強度鋼材管道進行質量控制的難度。

統計表明，長輸管道施工中使用X60以上的高強度管材，均在一定程度上出現了管道斷裂問題。強度管材除了具有自身缺陷外，還存在一些不確定性因素，例如運輸和施工過程中的損傷等。管道的管徑大、運輸時間長、焊接技術不良等因素，都可能增加管道焊縫漏檢的概率。加上運輸過程存在一定的風險，對管道的安全性能提出了更高的要求[2]。和X65、X80等高強度鋼材相比，X60級鋼管的技術相對更加成熟，CNN值也比較高、焊接工藝相對更加成熟，鋼管發生斷裂的概率相對較小。因此在長輸管道施工過程中應該盡量選擇X60和X65等。

2 管道韌性斷裂及其應對措施

長輸管道發生斷裂的原因主要在運輸過程中，管道的內壁如果出現損傷在運輸過程中很容易出現開裂。開裂后管道就像發生了多米諾骨牌效應，裂紋會從開裂處延伸到管材的兩端。因此，等級較高的管材在投入使用前應該采取有效措施預防管道發生裂紋擴展的問題。根據性質的不同，可以將管道裂紋分為脆性和韌性兩種。在長輸管道施工中出現的主要是韌性斷裂[3]。隨著煉鋼技術水平的不斷提高，一些高強度鋼材的韌性轉變問題已經降到-40攝氏度以下，我國大部分地區不具備發生脆性斷裂的氣候條件。但如果管道的CNN值很低，在常溫下鋼管也會發生韌性斷裂。一般條件下，韌性斷裂的裂紋擴展速度不高于250m/s，而天然氣等氣體的減壓波速可以達到400m/s，所以一般來說裂紋發生擴展的可能性并不大。

但如果考慮到裂紋尖端運輸介質保留壓力的影響，氣體體積會在釋放的過程中發生快速膨脹，并且膨脹的過程中氣體會把能量傳遞給裂紋，這也會導致CNN值不高的高強度管材在常溫條件下發生裂紋擴展。裂紋所在處介質的壓力和裂紋的擴展速度成正比。裂紋所在處介質的壓力越大，在管道環向應力和管道直徑增加的情況下，裂紋的擴展速度也會逐漸增加，也增加了管道韌性斷裂失穩擴展的概率，對裂紋的控制也越來越困難。

近年來出于對管道運輸經濟因素的考慮，長輸管道施工中一般使用X65及以上的高強度鋼材管道。因此，在防止管道韌性斷裂擴展的過程中，對管道材料的韌性也提出了更高的要求。例如，根據資料統計表明西氣東輸管道的CNN值只有大于154J才能保證管道進行自身止裂，但要達到這種韌性指標十分困難而且缺乏經濟效應。長輸管道使用X65及以上的高強度鋼材，應該注意鋼材的韌性斷裂擴展問題。如果在施工過程中通過設置止裂環或間隔插入低強度高韌性鋼管等措施進行止裂，不僅加重了工程的作業量，還增加了投入成本。所以應該從經濟的角度考慮，根據不同地區的級別確定經濟合理的止裂裝置和間距。

3 管道的質量檢驗方法

管道的使用壽命和經濟效益與管道質量的好壞有很大的關系，管道質量也影響到管道的運行安全。我國制定了詳細的長輸管道施工規范和質量檢驗標準，其中對使用管道材料、施工工序、施工管道質量檢驗等做出了詳細嚴格的規定，但根據實際施工經驗，現有的施工規范中還有很多需要探討的地方。

我國現有的管道質量檢驗標準規定，如果輸送的是氣體介質實驗壓力應該不低于管道設計壓力的1.25倍。同時我國設計規范也對管道操作壓力進行了明確規定，管道的強度實驗壓力應該大于最低屈服極限的0.9倍。研究表明，按照相關規范進行壓力實驗只能最多排除30%的缺陷，如果將實際屈服極限等因素考慮在內，靜態實驗方法能夠排除的缺陷也不足30%，因此，按照規定的實驗方法進行測試不是完全正確的。

相關規定中關于試壓工序的規范也存在一定的問題。由于一根鋼管中可能存在不同的缺陷，加上管材的長度比較長，這樣管材可能經過多次試壓。在試壓過程中如果反復進行升壓和降壓，可能會導致裂紋擴展的積累，導致管材中出現承壓逆轉現象。一些管材在前幾次實驗過程中如果壓力較高可能不會出現問題，但在后續的低壓實驗過程中可能出現泄露問題。因此，實驗過程中應該適當提高實驗壓力并降低實驗次數，并選擇較為合理的試壓程序和方法。

4 結語

施工安全是保證長輸管道正常運營，并實現經濟效益的重要措施。長輸管道工期長，工程投資較大且安全問題復雜多樣，在實際施工過程中應該做好前期勘查設計，選擇合理的管道材料，并且在施工和運營過程中充分考慮管道安全性能，以保障長輸管道運行安全。

[1]尹國耀,楊文友,胡成洲.庫爾勒—鄯善輸油管道工程中施工新技術的應用[J].石油工程建設,2010(02).

[2]于金奎,谷俠.長輸管道鋪設焊接時提升應力分析及其計算機解法[J].石油工程建設,2011(05).

[3]張吉坤,宗照峰,魏廣起.長輸管道掃線施工工藝[J].油氣田地面工程,2012(01).