中俄东线天然气管道环焊缝断裂韧性的确定

中俄东线天然气管道工程的黑河—长岭段干线在国内首次采用大口径(φ1 422 mm)、高压力(12 MPa)输送,同时管道施工环境温度低,环焊缝低温韧性问题需要特别关注。通过对比分析国内外标准对环焊缝冲击韧性的要求,并利用失效评估图FAD计算了本工程含缺陷环焊缝不起裂韧性指标,同时结合相关课题研究成果,确定了中俄东线黑河—长岭段干线φ1 422 mm的X80M管道环焊缝韧性指标,并为避免冬季施工环焊缝低温脆性开裂风险,应进行环焊缝韧脆转变温度曲线测定,并提供不同试验温度下环焊缝冲击吸收功值,根据最终的试验结果确定管道吊装下沟的环境温度下限值。     

长输油气管道环焊缝工程临界评估技术的应用现状及探讨

环焊缝是长输油气管道的薄弱环节，其失效主要是由缺陷与载荷共同作用引起的开裂。利用基于“合于使用”原则（Fitness-for-service,FFS）的工程临界评估（Engineering Critical Assessment,ECA）技术来评估焊缝中的各种缺陷，可以在确保管道安全运行的同时，降低返修率与运行成本。介绍了现行的环焊缝缺陷评估规范，其中基于塑性破坏和断裂双判据的失效评估图法（Failure Assessment Diagram,FAD）是目前ECA中应用最广泛的方法。并以BS:7910标准为例分析了基于环焊缝断裂行为的ECA技术，并探讨了ECA技术在长输油气管道环焊缝缺陷评估中可能存在的问题，包括载荷应力参数的确定、缺陷的精确识别和环焊缝性能指标的表征等。     

大口径X80钢级管道环焊缝断裂韧性需求研究

采用有限元方法建立了D1 422 mm厚壁X80钢管自动焊焊接接头数值模型,通过环焊缝强度匹配、母材屈强比等参数对焊缝裂纹驱动力的影响规律进行研究,确定在不同管材强度等级及焊缝特性等工况下的韧性指标。结果表明：提高焊缝区强度匹配能够有效减小接头的裂纹扩展驱动力,降低断裂韧性需求,降低母材屈强比会使相同强度匹配条件下的裂纹扩展驱动力更小。目前工程标准中的断裂韧性值能够满足管道断裂控制要求。     

高钢级管道环焊缝裂纹失效分析

含裂纹缺陷的环焊缝失效分析,是解决X70及以上高钢级管道环焊缝质量风险的必要环节。文中对现阶段含裂纹缺陷的环焊缝排查和失效分析进行了梳理和成果总结分析,及时发现问题和规律,为后续安全管控和裂纹机理研究提供参考。已有失效分析规律总结如下：X70及X80管道环焊缝裂纹以根焊开裂形式为主;变壁厚、管道顶部和底部等位置容易发生环焊缝裂纹缺陷,焊接施工和缺陷无损检测及评判时应重点关注,尽量避免漏评误判;焊瘤、错边、余高等外观检测指标超标,导致环焊缝成形较差,影响裂纹缺陷的检出并加重根焊位置的应力集中。基于上述规律,建议对新建管道需加强针对管道环焊缝外观检测、根焊裂纹检测工艺。而对于在役管道,重点防范弯曲等附加载荷影响,依托环焊缝裂纹失效分析,进一步研究环焊缝裂纹形成的微观机理和控制参数。     

高钢级油气管道ECA评价技术研究现状与展望

近年来,高钢级油气管道环焊缝引发的事故频发,给正常生产秩序和施工进展带来困难.因此,对高钢级油气管道环焊缝进行准确的适用性评价是保障管道安全运行的必要手段.本文通过对比分析基于"合于使用"原则发展来的5种缺陷评定方法,以及以BS 7910为基础的分析缺陷评定方法在管线钢中的相关应用实例,总结了工程临界评估(Engineering critical assessment,ECA)对高钢级管道环焊缝安全使用的作用,并对ECA技术在高钢级油气管道环焊缝评估方面的发展方向做出预测:1)建立高钢级管道的力学性能数据库,编制缺陷评估软件,以简化ECA评估方法;2)克服过渡区域影响、强度不匹配、复杂服役环境韧性变化等问题,得到更合理、更精确的评估结果;3)为管道焊接缺陷AUT检测和RT检测提供验收标准和判断依据,给出不同管材适用于双百双评还是双百单评指导意见和依据,向实际工程应用靠拢.     

海底管道EOA评估技术应用

对海底管道焊接和ECA评估技术作了简介,对荔湾3—1项目采用GMAW和SAW两种焊接工艺完成的海底管线环焊缝的表面缺陷和内部缺陷的临界尺寸进行了评估。评估结果给出了海底管线对接环焊缝的缺陷接收标准,该标准超出常规标准中的缺陷验收范围,能够降低海管焊接返修率,缩短施工周期,降低成本。     

海底管道ECA评估技术应用

对海底管道焊接和ECA评估技术作了简介,对荔湾3-1项目采用GMAW和SAW两种焊接工艺完成的海底管线环焊缝的表面缺陷和内部缺陷的临界尺寸进行了评估。评估结果给出了海底管线对接环焊缝的缺陷接收标准,该标准超出常规标准中的缺陷验收范围,能够降低海管焊接返修率,缩短施工周期,降低成本。     

长输管道斜对接环焊缝的安全评定

在长输管道运行期间,经内检测发现缺陷后,采用适用性评价方法可在保障管道安全的前提下,避免大量经济损失。采用适用性评价方法对某工程钢管斜对接环焊缝缺陷进行了评价,同时基于有限元模拟,进一步明确了斜对接环焊缝在不同运行工况下的受力情况。计算结果表明,斜对接环焊缝剩余强度满足适用性评价要求,在目前实际运行压力下,环焊缝处应力均在标准规定的允许值范围内,斜接环焊缝可在监控下继续使用。管道安装闭合环境温度和运行压力的变化会直接影响斜接环焊缝处的应力水平,若管道运行压力变化时,斜接环焊缝是否能继续使用需要结合压力和温差等情况,合理确定。     

基于J参量的管道环焊缝表面缺陷塑性撕裂评定

基于英国标准BS7910中的三级评定规程(3C),采用SC.ENG (表面裂纹工程估算方法) J 积分工程估算方法对承受纯弯曲载荷作用的管道环焊缝表面裂纹进行塑性撕裂评定.以X56钢管道环焊缝内表面缺陷为算例,讨论了选用 J 参量进行含缺陷结构的塑性撕裂评定时,裂纹尺寸和断裂评定参量选取对评定曲线及评定结果的影响规律,提出了在J积分评定中选择参量J mat确定评定点较Jg更趋合理.研究内容不仅对管线铺设安全评价具有指导作用,而且对含缺陷结构的塑性撕裂评定在工程上的应用具有推广和借鉴价值.     

耐腐蚀合金复合材料海底管道环焊缝各区域全自动超声波检测

CRA(耐腐蚀合金)复合材料海底管道内表面通常堆焊约3mm厚的625不锈钢,该海底管道环焊缝通常采用射线(RT)检测技术评估焊缝的焊接质量。由于RT检测效率较低,安全风险较高,极大地影响了CRA复合材料海底管道铺设效率。针对以上问题,对全自动超声波(AUT)检测工艺进行研究,主要通过综合运用低频纵波相控阵(PA)探头,爬波探头、双晶纵波相控阵(TRL)探头以及超声衍射时差(TOFD)探头,对制作的22个人工缺陷焊缝(共242个不同区域的人工缺陷)进行评价试验,并与RT检测评价结论进行对比分析,以评估该AUT检测工艺对CRA复合材料海底管道环焊缝各个区域缺陷的检出率。     

基于单边缺口拉伸试样的环缝接头阻力曲线确定方法对比

近些年单边缺口拉伸(SENT)试样被用于管道基于应变的设计与评估,并且相关机构发展了一些断裂韧性的测试标准,包括DNVGL-RP-F108,CANMET,BMT,USP以及英国国家标准BS 8571等. 但相关测试标准之间在测试原理、测试方法以及断裂韧性计算方法上还存在较大差异,有必要对它们之间的区别进行进一步的研究. 文中以API X80管线钢环缝接头为研究对象,对夹持式单边缺口拉伸(SENT)试样的裂纹尖端张开位移(δ)和J积分阻力曲线不同确定方法进行了对比. 结果表明,通过拟合计算J-R曲线、δ-R曲线以及初始断裂韧性值J_0.2和δ_0.2,给出了SENT试样断裂韧性阻力曲线计算的推荐公式.     

X80管线钢环焊缝力学性能及焊接缺陷分析

在X80管线钢环焊缝缺陷定期排查过程中,发现某处X80管道环焊缝存在多处缺陷.为了进一步确认缺陷类型并分析其产生原因,对环焊缝缺陷部位进行了解剖分析,并对环焊缝正常部位和缺陷部位的力学性能进行了检测.结果 表明:该环焊缝0点钟位置的冲击韧性不满足标准要求,其他位置的力学性能满足标准要求;该环焊缝1:30时钟位置存在坡口...     

基于DDA检测技术的管道焊缝一次透照长度计算

以数字探测器阵列(DDA)检测技术为研究对象，对压力管道数字射线检测中的纵缝透照、环焊缝中心透照、环焊缝源在外双壁单影透照、环焊缝源在内单壁单影透照的一次透照长度进行了推导计算，为压力管道焊缝的DDA检测提供理论和实践依据。     

管道腐蚀评估技术与其检测方法对比

通过对国外管道腐蚀开裂的调研,针对管道应力腐蚀与氢致开裂问题,分析了二者的腐蚀评估模型及其敏感性,针对现有标准和评估方法中对焊缝缺陷评价的适用性尚不明确的问题,通过案例分析提出了制定符合国内应力腐蚀开裂评价标准的急迫性。通过对管道进行相控阵与射线检测的对比,发现腐蚀缺陷评估目前主要针对体积型缺陷,对环焊缝评估还需进行深入研究。分析表明,相控阵与射线检测不可互相替代且各有优缺点,对内部腐蚀、夹杂、裂纹等的检测应联合两种方法。     

全自动超声检测与射线检测对管道环焊缝侧壁未熔合缺陷的检测能力

为了探究管道全自动超声检测(AUT)和射线检测(RT)对管道对接环焊缝侧壁未熔合缺陷的检测能力,设计了专用的对比试块,通过对测试结果做回归分析,计算出了AUT检测侧壁未熔合缺陷的最小高度值。通过分析RT灵敏度与缺陷坡口角度之间的关系,将AUT与RT的灵敏度进行了对比,分析了AUT与RT检测法在环焊缝侧壁未熔合缺陷检测能力上的差异,并解释了产生差异的原因,得出此两种检测方法存在不同灵敏度极限的结论,且不建议使用射线检测对AUT方法检出结果进行抽检。     

单边缺口拉伸试样的断裂韧性计算方法对比

在工程临界评估（engineering critical assessment）中,裂纹尖端张开位移（CTOD值）的精确性将极大影响设计安全裕度与服役寿命.单边缺口拉伸（SENT）试样裂纹尖端的应力应变场与管道在实际服役状况下相似,被认为比较适用于测量管道CTOD值.目前有几种针对SENT断裂韧性的计算方法,但是并没有统一的标准.文中采用API X70管线钢,进行SENT试样断裂韧性试验并对比各计算方法与双刀口法之间的区别.采用Crackwise 4.0评估了不同计算方法得到韧性值对裂纹极限尺寸的影响.结果表明,几种CTOD计算方法相较于双引伸计法都有较大误差,断裂韧性的精确度对于ECA评估极限裂纹尺寸有极大影响.     

油气管道环焊缝自动超声检测与射线检测方法对比

针对AUT(自动超声检测)与RT(射线检测)检测管道环焊缝结果不一致的问题,结合AUT与RT检测原理,制作了校准试块及含人工缺陷焊缝,制定了AUT与RT检测管道焊缝试验方案,根据试验方案对人工缺陷焊缝进行了对比检测,在此基础上分析AUT与RT对管道环焊缝缺陷的检出率。结果表明:AUT对全自动焊产生的未熔合缺陷具有很高的检出率;RT检测自动焊环焊缝坡口时,若射线方向与未熔合缺陷方向一致,则检出率最高,但随着射线方向与未熔合缺陷角度的增大,检出率降低,容易漏检。     

基于DNV GL标准的全自动超声波检测项目验证方法

耐腐蚀合金复合材料(CRA)海底管道主要应用于高酸性油气介质的输送。规格通常是管径为168.3508mm,壁厚为14.131.6mm,耐腐蚀合金层厚度为3mm。根据标准DNV-OSF101(2013)《海底管线系统》要求,全自动超声波检测(AUT)工艺需要经过验证,确保AUT与宏观切片评定的缺陷高度差值小于1mm。由于CRA复合材料海底管道规格各异,AUT检测工艺也需要进行相应的调整。文章基于管径为508mm、壁厚为31.6mm(CRA厚度为3mm)的管道进行了项目验证,通过AUT试块校准、人工缺陷焊缝制作、缺陷焊缝扫查、宏观切片和数据分析,最终评定出AUT检测工艺的缺陷检出能力和缺陷高度定量精度。有望在耐腐蚀合金复合材料(CRA)海底管道环焊缝检测工作中得到应用。     

考虑多腐蚀缺陷作用效应的海底管道失效压力分析

目的研究多种腐蚀缺陷及多腐蚀缺陷间相互作用对管道失效的影响,提出考虑多腐蚀缺陷作用效应的管道失效压力计算方法。方法基于腐蚀缺陷压力管道全尺寸压力爆破试验数据,采用有限元方法分析含不同尺寸多腐蚀缺陷的管道失效压力,提出重叠腐蚀缺陷相互作用系数概念,并将其应用到重叠腐蚀缺陷管道失效压力的计算中。结果腐蚀缺陷间不同的轴向间距及环向间距均对多腐蚀缺陷相互作用有显著影响,从而影响管道失效压力。多腐蚀缺陷间相互作用存在临界范围,且不同腐蚀缺陷尺寸对其相互作用临界值影响不同。当管道存在"十"字形重叠腐蚀缺陷时,失效压力明显降低。重叠腐蚀缺陷顶层缺陷的几何尺寸是决定失效压力变化趋势的主要原因,即随着顶层腐蚀缺陷轴向长度及深度的增加,失效压力出现大幅降低;而随着顶层缺陷宽度的增加,失效压力下降趋势缓慢。结论腐蚀缺陷几何尺寸是影响管道失效压力及腐蚀缺陷间相互作用的重要因素,结合腐蚀缺陷间相互作用系数能够有效进行多腐蚀缺陷管道的失效压力分析计算。     

低压蒸汽管道开裂失效原因分析

根据宏观检验、金相检验、安全评定等技术检验结果,对低压蒸汽管道开裂失效部位进行研究和分析,结果表明导致该低压蒸汽管道开裂失效是由于开裂部位环焊缝处存在大面积连续未焊透型缺陷,减少了焊缝有效面积,使焊接接头强度下降,引起的应力集中。在蒸汽输送过程中,焊头缺陷部位在过大的外载荷作用下引起的快速脆性断裂。