張 良，常大偉，李 剛，鄒 斌，方衛(wèi)林，程 磊

（1.中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院，西安 710077；2.西氣東輸管道公司，上海 200000；3.中石油管道有限責(zé)任公司西部分公司，烏魯木齊 830000）

1 管道環(huán)焊縫缺陷檢測(cè)概述

有文獻(xiàn)報(bào)道，中國(guó)陸上油氣長(zhǎng)輸管道總里程已超過(guò)12 萬(wàn)km，存在超過(guò) 1 000 萬(wàn)道環(huán)焊縫[1-2]。為保障油氣管道安全運(yùn)行，徹底排查管道環(huán)焊縫的安全隱患，近年來(lái)，各管道公司正大量開(kāi)展管道環(huán)焊縫風(fēng)險(xiǎn)排查、 開(kāi)挖檢測(cè)驗(yàn)證工作。

由于油氣輸送管道埋地敷設(shè)，一般通過(guò)無(wú)損檢測(cè)獲得管體或焊縫缺陷信息，這種手段可簡(jiǎn)單的分為非開(kāi)挖和開(kāi)挖檢測(cè)兩種。 非開(kāi)挖檢測(cè)主要是指管道內(nèi)檢測(cè)[3-6]，通過(guò)檢測(cè)器在管道內(nèi)部行走獲取管道和焊縫上的缺陷信息。 但是，目前的內(nèi)檢測(cè)技術(shù)并不能完全準(zhǔn)確地識(shí)別所有缺陷的具體情況，例如環(huán)焊縫缺陷性質(zhì)、 缺陷自身高度等，但基本可以指出管道存在問(wèn)題或者異常位置，然后再通過(guò)開(kāi)挖檢測(cè)對(duì)異常點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)診斷。 開(kāi)挖檢測(cè)主要手段包括磁粉/滲透、 超聲/相控陣、 射線、 TOFD 等[7-9]，磁粉/滲透檢測(cè)能敏感地識(shí)別表面缺陷，射線/超聲/相控陣檢測(cè)可對(duì)缺陷進(jìn)行定性定量，TOFD 檢測(cè)可補(bǔ)充確定缺陷自身高度信息。 因此，在開(kāi)挖檢測(cè)中選擇合適的檢測(cè)手段基本可以解決所有管體及焊縫的缺陷檢測(cè)問(wèn)題。

環(huán)焊縫開(kāi)挖檢測(cè)的一個(gè)重要目的是為管道含缺陷環(huán)焊縫適用性評(píng)價(jià) （即合于使用評(píng)價(jià)） 提供數(shù)據(jù)支撐，因此，開(kāi)挖檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和全面性，直接影響環(huán)焊縫適用性評(píng)價(jià)參數(shù)的選取及評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，而適用性評(píng)價(jià)結(jié)果則對(duì)管線后期的安全運(yùn)行及缺陷處置方法選擇有重要意義。

環(huán)焊縫開(kāi)挖檢測(cè)工作量大，資源投入巨大。完成環(huán)焊縫開(kāi)挖、 檢測(cè)、 評(píng)價(jià)等內(nèi)容后，考慮管道安全，按照要求需即刻對(duì)環(huán)焊縫進(jìn)行防腐、 回填。 若因檢測(cè)內(nèi)容不全面或檢測(cè)方法不得當(dāng)，會(huì)造成檢測(cè)結(jié)果不能準(zhǔn)確反映環(huán)焊縫及缺陷的真實(shí)情況，為管道運(yùn)行留下了安全隱患，如需再次進(jìn)行開(kāi)挖檢測(cè)，會(huì)造成不必要的資源浪費(fèi)。

目前，環(huán)焊縫異常點(diǎn)開(kāi)挖檢測(cè)項(xiàng)目較多，檢測(cè)服務(wù)商水平參差不齊，形成的無(wú)損檢測(cè)報(bào)告內(nèi)容也并無(wú)統(tǒng)一格式。 環(huán)焊縫開(kāi)挖檢測(cè)需進(jìn)行哪些檢測(cè)內(nèi)容或在一次開(kāi)挖檢測(cè)中應(yīng)得到環(huán)焊縫的哪些相關(guān)信息，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)范。 本研究針對(duì)環(huán)焊縫開(kāi)挖檢測(cè)、 評(píng)價(jià)及修復(fù)作業(yè)中常見(jiàn)的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行討論，并提出改進(jìn)措施及建議，包括環(huán)焊縫無(wú)損檢測(cè)、 環(huán)焊縫缺陷適用性評(píng)價(jià)以及基于適用性評(píng)價(jià)的修復(fù)方式選擇依據(jù)，為進(jìn)一步規(guī)范管道環(huán)焊縫檢測(cè)、 評(píng)價(jià)及修復(fù)作業(yè)提供參考。

2 環(huán)焊縫無(wú)損檢測(cè)

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是第二次世界大戰(zhàn)后迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新的綜合性工程科學(xué)，是控制產(chǎn)品質(zhì)量、 保證設(shè)備安全的重要技術(shù)手段，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊縫質(zhì)量控制的作用尤為突出[10]，特別是在油氣管道環(huán)焊縫風(fēng)險(xiǎn)管理中，無(wú)損檢測(cè)獲得的缺陷信息將成為后續(xù)工作的重要數(shù)據(jù)。 可以說(shuō)，無(wú)損檢測(cè)是整個(gè)油氣管道環(huán)焊縫風(fēng)險(xiǎn)管理工作的基礎(chǔ)，環(huán)焊縫的管理工作基本上都是在無(wú)損檢測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上開(kāi)展和決策的。 然而，進(jìn)行管道開(kāi)挖檢測(cè)需投入大量的資源，牽扯到土地協(xié)調(diào)賠償、 開(kāi)挖、 人工等費(fèi)用，還要承擔(dān)在開(kāi)挖作業(yè)過(guò)程中管道安全、光纜安全以及作業(yè)人員自身安全的風(fēng)險(xiǎn)，因此，完成一次管道開(kāi)挖并不容易，如何避免在一次環(huán)焊縫開(kāi)挖驗(yàn)證中由于環(huán)焊縫信息掌握不全而返工，以及如何在一次開(kāi)挖檢測(cè)作業(yè)中明確無(wú)損檢測(cè)承包商的責(zé)任，規(guī)范承包商檢測(cè)結(jié)果書(shū)寫(xiě)格式，這是一個(gè)值得重視的問(wèn)題。 以下從3 個(gè)方面對(duì)環(huán)焊縫無(wú)損檢測(cè)內(nèi)容及信息記錄格式提出改進(jìn)或統(tǒng)一的建議。

2.1 資料收集

在進(jìn)行環(huán)焊縫無(wú)損檢測(cè)前，應(yīng)收集相關(guān)管道基本信息和檢測(cè)對(duì)象基本信息。 管道基本信息包含管線名稱(chēng)、 管道外徑、 設(shè)計(jì)壁厚、 鋼級(jí)、 設(shè)計(jì)壓力、 運(yùn)行壓力、 防腐層類(lèi)型等，均為確定適用性評(píng)價(jià)參數(shù)取值的依據(jù)。 環(huán)焊縫信息包含環(huán)焊縫編號(hào)、 檢測(cè)里程、 異常部位點(diǎn)鐘位置、 焊縫上下游管節(jié)長(zhǎng)度、 上下游管節(jié)設(shè)計(jì)壁厚、 所處地區(qū)等級(jí)、 設(shè)計(jì)系數(shù)、 是否為高后果區(qū)、 所處地區(qū)地質(zhì)地貌情況等。

其中，填寫(xiě)環(huán)焊縫編號(hào)和檢測(cè)里程是為了便于核查具體檢測(cè)對(duì)象；記錄異常部位點(diǎn)鐘位置則為了將開(kāi)挖檢測(cè)結(jié)果與內(nèi)檢測(cè)結(jié)果對(duì)比，便于驗(yàn)證內(nèi)檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性；記錄環(huán)縫上下游管節(jié)長(zhǎng)度是為了考慮環(huán)焊縫上下游是否存在短接，即判斷環(huán)焊縫是否為連頭口或存在組對(duì)應(yīng)力；其余信息均為在適用性評(píng)價(jià)過(guò)程中考慮環(huán)焊縫失效后果而對(duì)個(gè)別評(píng)價(jià)參數(shù)的選取提供支撐的數(shù)據(jù)。

2.2 無(wú)損檢測(cè)內(nèi)容

（1） 補(bǔ)口帶檢測(cè)。 如上所述，進(jìn)行一次環(huán)焊縫開(kāi)挖檢測(cè)并不容易，應(yīng)對(duì)環(huán)焊縫補(bǔ)口帶質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，獲得補(bǔ)口帶性能數(shù)據(jù)[11-12]。 檢測(cè)內(nèi)容包括： ①外觀檢測(cè)，目視判斷防腐層是否滿足表面平滑、 無(wú)鼓包、 無(wú)皺折、 無(wú)脫落等要求；②厚度檢測(cè)，判斷防腐層厚度是否滿足要求；③電火花漏點(diǎn)檢測(cè)，檢測(cè)防腐層是否存在針孔；④剝離強(qiáng)度檢測(cè)，破壞性試驗(yàn)，判斷防腐層性能。

（2） 環(huán)焊縫外觀檢測(cè)。 在環(huán)焊縫缺陷適用性評(píng)價(jià)中，錯(cuò)邊對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果影響很大，因此在進(jìn)行外觀檢測(cè)時(shí)一定要測(cè)量環(huán)焊縫的錯(cuò)邊情況。 除此之外，焊縫余高、 焊縫寬度等焊縫基本參數(shù)也應(yīng)進(jìn)行記錄。 若在外觀檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)未焊滿、 外腐蝕、 凹坑等情況，應(yīng)記錄缺陷長(zhǎng)度、 寬度和深度。

（3） 環(huán)焊縫上下游鋼管檢測(cè)。 為確認(rèn)管道實(shí)際壁厚及變形情況，應(yīng)對(duì)開(kāi)挖環(huán)焊縫上下游管體進(jìn)行測(cè)量，包括鋼管壁厚和周長(zhǎng)。 另外，由于建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)環(huán)焊縫上下游鋼管焊縫交點(diǎn)間距有明確要求，一般要求焊縫交點(diǎn)間距不少于100 mm，因此，開(kāi)挖檢測(cè)中應(yīng)對(duì)焊縫交點(diǎn)間距進(jìn)行記錄。

（4） 環(huán)焊縫無(wú)損檢測(cè)。 采用全面的無(wú)損檢測(cè)組合基本能有效識(shí)別所有環(huán)焊縫缺陷[13-15]。 因此在環(huán)焊縫開(kāi)挖檢測(cè)中，建議采用以下無(wú)損檢測(cè)手段組合： ①磁粉檢測(cè)或滲透檢測(cè)，查看是否存在表面裂紋、 表面未熔合及未焊透等表面缺陷；②超聲檢測(cè)或相控陣檢測(cè)，查看是否存在內(nèi)部缺陷，并對(duì)缺陷進(jìn)行定量；③射線檢測(cè)，查看是否存在內(nèi)部缺陷，并對(duì)缺陷進(jìn)行定性；④TOFD 檢測(cè)，查看是否存在內(nèi)部缺陷，并對(duì)缺陷進(jìn)行定性定量，應(yīng)確定缺陷自身高度。

2.3 無(wú)損檢測(cè)結(jié)果記錄

為了便于業(yè)主或后期適用性評(píng)價(jià)單位使用無(wú)損檢測(cè)數(shù)據(jù)，檢測(cè)結(jié)果的記錄形式應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： ①由于在評(píng)價(jià)時(shí)需考慮缺陷交互影響，為了便于判斷缺陷是否需要合并，因此無(wú)損檢測(cè)記錄的缺陷位置建議按照 “順時(shí)針?lè)较蚓? 點(diǎn)鐘位置的距離” 的方式進(jìn)行記錄；②缺陷自身高度對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果影響極大，因此TOFD 檢測(cè)及相控陣檢測(cè)一定要給出缺陷的自身高度；③常見(jiàn)的裂紋型缺陷可分為埋藏型裂紋缺陷和表面裂紋缺陷，不同缺陷類(lèi)型評(píng)價(jià)方式不同，評(píng)價(jià)結(jié)果相差較大，因此無(wú)損檢測(cè)結(jié)果需明確缺陷為埋藏型缺陷還是表面裂紋缺陷；④考慮軸向裂紋和環(huán)向裂紋的評(píng)價(jià)方法有所不同，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)若發(fā)現(xiàn)裂紋，需明確裂紋為環(huán)向裂紋還是軸向裂紋。

表1 中舉例列出了在一次開(kāi)挖形式的環(huán)焊縫檢測(cè)工作中應(yīng)注意收集的具體信息，以及無(wú)損檢測(cè)結(jié)果的格式及內(nèi)容要求，主要包含資料收集、檢測(cè)內(nèi)容、 檢測(cè)結(jié)果記錄等方面。 另外，建議檢測(cè)單位在向業(yè)主或評(píng)價(jià)單位提交檢測(cè)結(jié)果時(shí)，在檢測(cè)結(jié)果上蓋章確認(rèn)，便于明確責(zé)任。

表1 推薦使用的一次開(kāi)挖無(wú)損檢測(cè)信息記錄表

3 環(huán)焊縫安全評(píng)價(jià)

環(huán)焊縫的安全評(píng)價(jià)實(shí)際上指的是含缺陷環(huán)焊縫的適用性評(píng)價(jià)[16-18]，在環(huán)焊縫不存在超標(biāo)缺陷的情況下，理論上管線是可以在內(nèi)壓下安全運(yùn)行的，無(wú)需進(jìn)一步評(píng)價(jià)。 在含有超標(biāo)缺陷的情況下，通過(guò)適用性評(píng)價(jià)來(lái)判斷環(huán)焊縫是否能在當(dāng)前輸送壓力下安全服役或計(jì)算環(huán)焊縫的剩余強(qiáng)度。 因此，安全評(píng)價(jià)的結(jié)論對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)具有重要意義。

一般來(lái)說(shuō)，安全評(píng)價(jià)應(yīng)包含兩部分評(píng)價(jià)內(nèi)容，一是依據(jù)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，將檢測(cè)所得缺陷信息與焊接驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，若缺陷大小未超出標(biāo)準(zhǔn)要求則無(wú)需評(píng)價(jià)，管線可在正常工況下安全運(yùn)行；若缺陷大小超出標(biāo)準(zhǔn)要求，則應(yīng)對(duì)超標(biāo)缺陷進(jìn)行服役適用性評(píng)價(jià)。 二是依據(jù)適用性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)于超出建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求的缺陷，依據(jù) SY/T 6477、 API 579、 ASME B31 G 等評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)缺陷進(jìn)行服役適用性評(píng)價(jià)，得出在設(shè)計(jì)壓力或當(dāng)前運(yùn)行壓力下缺陷能否接受的結(jié)論。 安全評(píng)價(jià)流程如圖1 所示。

圖1 安全評(píng)價(jià)流程圖

若適用性評(píng)價(jià)結(jié)果表明缺陷可以接受，則嚴(yán)格按照工藝流程對(duì)環(huán)焊縫進(jìn)行防腐回填；若適用性評(píng)價(jià)結(jié)果表明缺陷不可接受，則應(yīng)計(jì)算管道剩余壽命，給出管道可承受的最大工作壓力，并對(duì)該處環(huán)焊縫提出處置建議；若適用性評(píng)價(jià)表明缺陷可接受，但評(píng)估點(diǎn)處于失效評(píng)估曲線臨界附近或考慮該處環(huán)焊縫可能承受的外載荷 （來(lái)源于地質(zhì)災(zāi)害等） 及失效后果等特殊因素，則也應(yīng)給出處置建議。 處置建議應(yīng)滿足以下要求： ①如需降壓運(yùn)行，應(yīng)給出具體降壓壓力值；②如需復(fù)檢，應(yīng)給出具體復(fù)檢時(shí)間；③如需修復(fù)，應(yīng)給出具體修復(fù)方式；④如需監(jiān)測(cè)，應(yīng)給出建議的監(jiān)測(cè)方式。

4 環(huán)焊縫缺陷處置

無(wú)損檢測(cè)后通常會(huì)發(fā)現(xiàn)管道或焊縫存在缺陷，理論上講，如果適用性評(píng)價(jià)結(jié)果表明缺陷在設(shè)計(jì)壓力下或工作壓力下可以接受，那么在不采用任何修復(fù)措施的情況下，管道是可以在正常工況下安全運(yùn)行的。 眾所周知，管道安全責(zé)任重大，如果發(fā)生安全事故會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 因此，運(yùn)營(yíng)商在處理環(huán)焊縫超標(biāo)缺陷時(shí)會(huì)格外小心，通常處置方式偏于保守，即超標(biāo)缺陷可通過(guò)適用性評(píng)價(jià)，也會(huì)采用修復(fù)手段對(duì)缺陷進(jìn)行處置。

國(guó)外管道修復(fù)主要依據(jù)ASME PCC-2—2015《 Repair of Pressure Equipment and Piping》 及PRCI-Updated Pipeline Repair Manual 進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)中推薦的環(huán)焊縫永久修復(fù)方式為打磨、 堆焊、 B 型套筒以及帶密封的螺栓夾具。 國(guó)內(nèi)環(huán)焊縫缺陷的修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)較少，目前可依據(jù)Q/SY GD 1033—2014《油氣管道管體缺陷修復(fù)手冊(cè)》 和Q/SY 1592—2013 《油氣管道管體修復(fù)技術(shù)規(guī)范》 對(duì)環(huán)焊縫缺陷進(jìn)行修復(fù)，標(biāo)準(zhǔn)中推薦的環(huán)焊縫永久修復(fù)方式包括打磨、 復(fù)合材料和 B 型套筒[19-20]。 2018 年 9 月發(fā)布、 2019 年 3 月 1 日正式實(shí)施的 GB/T 36701—2018 《埋地鋼質(zhì)管道管體缺陷修復(fù)指南》 規(guī)定了埋地鋼質(zhì)管道管體缺陷修復(fù)的方法和實(shí)施程序，該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了環(huán)焊縫缺陷的永久修復(fù)方式可以為打磨、 堆焊、 B 型套筒和螺栓緊固夾具。 由此可以看出，與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)相同，GB/T 36701—2018 中明確了復(fù)合材料不能作為環(huán)焊縫永久修復(fù)手段。

另外，盡管?chē)?guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)都給出了環(huán)焊縫缺陷的永久修復(fù)方式及實(shí)施方法，但標(biāo)準(zhǔn)中均未明確環(huán)焊縫缺陷大小與修復(fù)方式及修復(fù)時(shí)限的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 為滿足運(yùn)營(yíng)商安全生產(chǎn)的需求，有必要建立缺陷大小與修復(fù)方式的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 本研究基于適用性評(píng)價(jià)結(jié)果及實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出環(huán)焊縫缺陷處置方法 （見(jiàn)表2），運(yùn)營(yíng)商可根據(jù)缺陷信息在表2 中查找相應(yīng)的處置方式。

表2 環(huán)焊縫缺陷處置方法

根據(jù)環(huán)焊縫缺陷尺寸，可按照表2 中的處置方法對(duì)環(huán)焊縫缺陷進(jìn)行處置。 表2 中的處置方法適用于壁厚≥14.6 mm 的輸氣管道，其他規(guī)格管道可參考使用。 環(huán)焊縫的處置時(shí)限可按照表 3 中的方法進(jìn)行。 需要注意的是，GB/T 36701—2018 中并不推薦復(fù)合材料和環(huán)氧套筒用于X70 及以下鋼級(jí)管道環(huán)焊縫缺陷的永久修復(fù)，然而在新標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之前，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中為避免動(dòng)火作業(yè)，已大量采用環(huán)氧套筒和復(fù)合材料對(duì)環(huán)焊縫缺陷進(jìn)行修復(fù)。 目前，對(duì)于環(huán)氧套筒抗軸向拉伸及彎曲載荷能力的驗(yàn)證試驗(yàn)尚未見(jiàn)報(bào)道，針對(duì)環(huán)焊縫處的外表面體積型缺陷或錯(cuò)邊造成的壁厚損失，筆者認(rèn)為可適當(dāng)采用復(fù)合材料進(jìn)行臨時(shí)修復(fù)。

表3 環(huán)焊縫缺陷處置時(shí)限

表2 中的缺陷處置方法按照1、 2、 3 級(jí)劃分了處置方式選擇的優(yōu)先順序，1 級(jí)處置方式更加便于操作，3 級(jí)更偏于保守。 另外需要指出的是，對(duì)于錯(cuò)邊缺陷的修復(fù)，表2 中雖然對(duì)錯(cuò)邊量超過(guò)2/3t 或10 mm 的情況給出了換管的處置方法，然而在實(shí)際工程中，由于管道建設(shè)時(shí)遺留的錯(cuò)口問(wèn)題和強(qiáng)力組對(duì)問(wèn)題，通過(guò)換管也并不能完全消除錯(cuò)邊，因此筆者并不建議采用換管的方式對(duì)錯(cuò)邊缺陷進(jìn)行處置。

5 結(jié) 論

（1） 在環(huán)焊縫的開(kāi)挖檢測(cè)作業(yè)中，除了要統(tǒng)一規(guī)范一次開(kāi)挖作業(yè)中開(kāi)展的檢測(cè)項(xiàng)目外，檢測(cè)記錄的書(shū)寫(xiě)也需要有一個(gè)統(tǒng)一的格式，尤其是缺陷信息記錄格式的統(tǒng)一，便于運(yùn)營(yíng)商或后期評(píng)價(jià)單位使用數(shù)據(jù)，更能達(dá)到有效開(kāi)挖、 避免資源浪費(fèi)的目的。

（2） 安全評(píng)價(jià)為管線安全生產(chǎn)運(yùn)行提供了決策依據(jù)，環(huán)焊縫缺陷安全評(píng)價(jià)作業(yè)過(guò)程中，明確安全評(píng)價(jià)的內(nèi)容、 規(guī)范安全評(píng)價(jià)的結(jié)論及建議，對(duì)有效指導(dǎo)運(yùn)營(yíng)商決策意義重大。

（3） 環(huán)焊縫修復(fù)手段及修復(fù)方式直接影響管線的安全運(yùn)行，因無(wú)標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)范缺陷大小與修復(fù)方式的直接關(guān)系，因此根據(jù)適用性評(píng)價(jià)結(jié)果明確環(huán)焊縫處置方法對(duì)指導(dǎo)環(huán)焊縫修復(fù)具有實(shí)際意義。