天然氣長(zhǎng)輸管道在線補(bǔ)償新技術(shù)的應(yīng)用

劉宇航

摘 要：基于管道受損狀態(tài)以及受損部位應(yīng)力解析上，采取開(kāi)橢圓形孔進(jìn)行在線補(bǔ)強(qiáng)，管道受壓軸線與孔面垂直時(shí)，孔面邊界所受應(yīng)力相對(duì)較小，避免孔邊應(yīng)力過(guò)于集中。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)以及實(shí)例研究，認(rèn)為管道在受損情況下，進(jìn)行安全補(bǔ)強(qiáng)基本參數(shù)：H壁厚≥2.3 mm，P管道壓力<2.7 MPa；同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)操作人員應(yīng)按照要求衣著，配備有效的滅火器10具，在線焊接作業(yè)完畢后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)焊縫，采取相應(yīng)的防腐、檢漏措施，在線補(bǔ)強(qiáng)新技術(shù)一項(xiàng)高效、實(shí)惠、便捷的技術(shù)，有良好的借鑒價(jià)值。

關(guān) 鍵 詞：天然氣；長(zhǎng)輸管道；在線補(bǔ)償技術(shù)；應(yīng)用效果

中圖分類號(hào)：TE 832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2016）08-1809-03

Abstract： On-line reinforcement by opening the oval hole need be carried out based on the pipeline damage state and stress analysis on the damage. When pipe compression axis is vertical to the hole surface， stress of the hole surface boundary is relatively small， avoiding stress concentration on the side of hole. Through a large number of experiments and case study， the security reinforcing basic parameters were obtained as follows： H≥2.3 mm， and line pressure P<2.7 MPa； At the same time， on-site operating personnel should be dressed in accordance with the requirements， 10 effective fire extinguishers should be equipped； after the welding operation， the weld seam should be timely tested， anticorrosion and leakage detecting measures should be used. The new online reinforcing technology is efficient， economical and convenient， it has good reference value.

Key words： natural gas； long pipeline； online compensation technology； application effect

目前，隨著我國(guó)國(guó)內(nèi)各大城市長(zhǎng)輸天然氣管線星羅棋布的建設(shè)，掀起了天然氣能源發(fā)展的新高潮，同時(shí)，也帶來(lái)了許多安全生產(chǎn)隱患，近年來(lái)，天然氣管道因意外受損導(dǎo)致事故時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重威脅著管道維護(hù)工作人員以及周圍人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。對(duì)天然氣管道運(yùn)輸?shù)陌踩{(diào)控需要各方面的協(xié)調(diào)配合，真正做到運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，管道意外損傷做到在線及時(shí)補(bǔ)強(qiáng)，因此，在保障天然氣管道輸送安全不停輸?shù)那闆r下，應(yīng)加強(qiáng)管道在線補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的研究，最大限度地降低事故發(fā)生率[1-3]。

1 管道受力狀態(tài)與應(yīng)力分析

1.1 管道受力狀態(tài)

輸送天然氣管道經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，難免會(huì)出現(xiàn)劃痕、裂紋和變形，在保證天然氣正常輸送的情況下，對(duì)管道受損部位進(jìn)行在線補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)的方式分為補(bǔ)焊加強(qiáng)板或密集焊接補(bǔ)焊。天然氣管道運(yùn)行過(guò)程中常見(jiàn)受損狀態(tài)如下圖1。

a 劃痕； b 局變形； c 焊縫裂紋

1.2 管道應(yīng)力分析

以圖1（b）局部變形為例，當(dāng)管道局部變形受損面及深度對(duì)清管通球或穿孔漏氣造成影響時(shí)，應(yīng)采取開(kāi)孔清創(chuàng)以及貼補(bǔ)加強(qiáng)板等進(jìn)行修復(fù)處理[4，5]。

（1）在管道上開(kāi)單個(gè)圓形孔時(shí)，管道應(yīng)力分布情況如圖2所示。

管道受壓較大，圓形孔周邊產(chǎn)生應(yīng)力集中，據(jù)實(shí)際檢測(cè)結(jié)果，圓形孔邊應(yīng)力一般為3～4倍總體薄膜應(yīng)力，受損程度嚴(yán)重的部位可達(dá)到5～7倍。集中應(yīng)力系數(shù)K是指孔邊最大應(yīng)力σmax與壓力管道總體薄膜應(yīng)力之比。根據(jù)孔邊應(yīng)力與管道總體應(yīng)力數(shù)據(jù)，可采用矢量疊加原理得到單個(gè)圓形孔集中應(yīng)力系數(shù)，K=2.2；同理，按照上述理論和計(jì)算方法，可得雙圓孔集中應(yīng)力系數(shù)，K=2.7。

（2）下面分析橢圓孔應(yīng)力分布以及受力情況，與圓形孔相比，橢圓孔邊應(yīng)力分布規(guī)律是不一樣的，如圖3所示。

因此，管道受損處進(jìn)行橢圓孔處理，管道受壓軸線與孔面垂直時(shí)，孔面邊界所受應(yīng)力相對(duì)較小，反之，孔邊應(yīng)力相對(duì)集中，受力較大，采取在管道受損面做橢圓形開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)是最為合理、有效的技術(shù)。

2 管道靜載強(qiáng)度分析

選取X52、Φ426 mm螺旋焊縫管進(jìn)行大量的動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，認(rèn)為管道在受損情況下，進(jìn)行安全補(bǔ)強(qiáng)基本參數(shù)：H壁厚≥2.3 mm，P管道壓力<2.7 MPa；同時(shí)，在進(jìn)行在線修復(fù)過(guò)程中，要嚴(yán)格按照規(guī)范的焊接工藝技術(shù)以及修復(fù)操作規(guī)定進(jìn)行，應(yīng)熟練掌握熱輸入量和冷卻速度，“氫致裂紋”、 “燒穿”等現(xiàn)象即可有效避免發(fā)生，確保管道輸送天然氣安全的運(yùn)行[4，5]。

3 新技術(shù)應(yīng)用及效果

天然氣管道出現(xiàn)管道損傷，一般會(huì)采取停輸、放空和換管處理，維護(hù)起來(lái)時(shí)間耗費(fèi)較長(zhǎng)、費(fèi)用較高，而且風(fēng)險(xiǎn)較大。采取不停輸在線補(bǔ)強(qiáng)新技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)確保下游供氣量的情況下維護(hù)，作業(yè)簡(jiǎn)單、耗時(shí)較短、原材料耗費(fèi)較少、便于檢測(cè)，作業(yè)人次5～7人，每次作業(yè)費(fèi)用不過(guò)4 000元。

3.1 作業(yè)規(guī)范

（1）依據(jù)管道受損程度和狀態(tài)，采購(gòu)管道材料，選取合理的焊接工藝技術(shù)，制定易于焊接和在線補(bǔ)強(qiáng)的工藝方案。（2）檢測(cè)管道受損段深度、長(zhǎng)度，繪制受損樣圖，選取合理補(bǔ)強(qiáng)工藝方案。（3）清點(diǎn)作業(yè)涉及到的相關(guān)人員，檢查材料齊全，滿足施工作業(yè)條件。（4）作業(yè)過(guò)程中，對(duì)受損處進(jìn)行焊接焊縫探傷檢驗(yàn)。（5）修復(fù)作業(yè)后，進(jìn)行受損處防腐處理，同時(shí)進(jìn)行焊接處電火花檢漏。

3.2 技術(shù)應(yīng)用及效果

以Z市天然氣長(zhǎng)輸管道為例，該地區(qū)天然氣管道位置有違章施工作業(yè)，導(dǎo)致管道有不同程度不同形式的受損，隨后根據(jù)受損管道狀態(tài)采取了相應(yīng)的應(yīng)急處理預(yù)案，對(duì)管道受損部位進(jìn)行了在線焊接補(bǔ)焊處理，如圖4所示。

①位受損長(zhǎng)度L=39 mm，寬度W=11 mm，深度D=2.15 mm；②號(hào)位受損長(zhǎng)度L=37 mm，寬度W=9 mm，深度D=1.83 mm；③點(diǎn)號(hào)位受損長(zhǎng)度L=35 mm，寬度W=9 mm，深度D=1.25 mm。管道材質(zhì)為X52螺旋焊縫管，H壁厚=6.8 mm。

對(duì)管道受損程度進(jìn)行充分評(píng)估，采取了如下工藝措施。焊條型號(hào)為E5015，尺寸Φ2.5 mm，保持焊條在500 ℃下，烘烤150 min；隨后進(jìn)行150 ℃恒溫處理。焊機(jī)型號(hào)為ZX7-401，工藝處理電流控制在55～82 A之間，電壓21～25 V。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，在管壓P≤1.2 MPa、環(huán)境溫度為16～20℃、無(wú)風(fēng)或微風(fēng)條件下安全作業(yè)，以①②③順序進(jìn)行在線焊接補(bǔ)強(qiáng)作業(yè)。作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)按照要求衣著，配備有效的滅火器10具，在線焊接作業(yè)完畢后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)焊縫，采取相應(yīng)的防腐、檢漏措施，確保受損管線不再第二次毀壞。在保障下游用戶用氣的情況下，采取在線補(bǔ)強(qiáng)新技術(shù)可以減小停輸經(jīng)濟(jì)損失，操作簡(jiǎn)便，耗費(fèi)的原材料少，作業(yè)時(shí)間短，同時(shí)避免了大量更換管線造成對(duì)周邊生活環(huán)境的破壞，對(duì)天然氣長(zhǎng)輸管道受損部位進(jìn)行在線補(bǔ)強(qiáng)，是一項(xiàng)高效、實(shí)惠、便捷的技術(shù)，在管道局部受損部位補(bǔ)強(qiáng)處理值得借鑒。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)天然氣長(zhǎng)輸管道受損事故，首先應(yīng)對(duì)管道受損狀態(tài)與受損部位應(yīng)力進(jìn)行解析，提出科學(xué)合理補(bǔ)強(qiáng)預(yù)案，熟練掌握并控制焊接熱、冷卻速率，避免二次受損。管道受壓軸線與橢圓孔面垂直時(shí)，孔面邊界所受應(yīng)力相對(duì)較小，采取在管道受損面做橢圓形開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)是最為合理、有效的技術(shù)。在保障下游用戶用氣的情況下，采取在線補(bǔ)強(qiáng)新技術(shù)可以減小停輸經(jīng)濟(jì)損失，是一項(xiàng)高效、實(shí)惠、便捷的技術(shù)，值得在類似受損管道進(jìn)行應(yīng)用。

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