X70及以上鋼級管道（以下簡稱高鋼級管道）在國內(nèi)外應(yīng)用已有30余年歷史，隨著使用范圍逐步擴大，失效事件時有發(fā)生。目前高鋼級管道失效頻率已經(jīng)控制在較低水平，但對其焊接結(jié)構(gòu)完整性和系統(tǒng)可靠性方面的認(rèn)知還存在一定的局限。因此通過失效數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和系統(tǒng)性試驗查清發(fā)生失效的主因是當(dāng)務(wù)之急。
美國X70及以上鋼級管道失效原因與統(tǒng)計分析
美國在2008年和2009年集中建設(shè)了一批高鋼級管道（每年大約6?400公里），在管道壓力試驗過程中發(fā)現(xiàn)了管材和環(huán)焊縫質(zhì)量問題，出現(xiàn)了管道鼓脹變形、開裂和環(huán)焊縫泄漏，隨后在役管道也出現(xiàn)了環(huán)焊縫開裂事故。為此，美國政府要求各管道公司對2008年和2009年建設(shè)的DN?508口徑以上、管道材料等級X70及以上的管道進行全面排查，并于2010年3月18日由交通運輸部下屬的管道和危險物質(zhì)安全管理局（PHMSA）發(fā)布PHMSA―2010―0078號公告《管道安全：針對大口徑管道由于變壁厚、錯邊和焊接不當(dāng)造成的環(huán)焊縫質(zhì)量問題》。事故分析表明這些失效事件都是由于變壁厚環(huán)焊縫焊接不當(dāng)、錯邊、管道內(nèi)部焊接不當(dāng)、管道支撐不當(dāng)和附屬物等原因造成的，大多數(shù)待焊接管端條件并沒有達到設(shè)計和施工要求（即坡口處理不到位）。2008年至2009年，Enbridge公司建設(shè)了全長504?km、管徑508?mm、管材X70和X80鋼、標(biāo)稱壁厚6.4?mm的LSr管道。LSr管道從加拿大曼尼托巴省Cromer至美國明尼蘇達州Clearbrook。在加拿大境內(nèi)敷設(shè)管道長度為288?km，包括278?km長X70管道和10?km長X80管道；在美國境內(nèi)敷設(shè)管道長度為216?km，全部為X70管道。鋼管均由加拿大的Evraz?Inc.提供，采用電阻焊（ERW）工藝制造。Enbridge公司在LSr管道建設(shè)過程中除遵守加拿大CSA Z662―07《石油天然氣管道系統(tǒng)》第7.11條環(huán)焊縫無損檢測要求外，施工隊伍對所有環(huán)焊縫進行了100%射線檢測，并建立了延遲無損檢測方案，將大多數(shù)環(huán)焊縫納入到延遲無損檢測計劃中，主要目的是為了檢測環(huán)焊縫是否會出現(xiàn)延遲氫致裂紋。在加拿大境內(nèi)共發(fā)現(xiàn)21處環(huán)焊縫裂紋，并進行了割口和換管處置。環(huán)焊縫裂紋產(chǎn)生的主要原因是在大風(fēng)和嚴(yán)寒天氣條件下施工，預(yù)熱不充分、層間溫度不達標(biāo)和焊后保溫措施不到位致使環(huán)焊縫出現(xiàn)裂紋。Enbridge公司為了降低管道環(huán)焊縫裂紋存在的風(fēng)險，對大部分（58%）環(huán)焊縫進行了延遲無損檢測，尤其是對2008年11月以后施工的環(huán)焊縫（主要為第9標(biāo)段和第11標(biāo)段）開展了100%延遲無損檢測。PHMSA記錄了X70及以上鋼級管道的歷年失效事件，最早記錄為1972年建設(shè)、材質(zhì)為X70鋼的BLUE WATER天然氣管道，2014年發(fā)生了因第三方損壞導(dǎo)致的管道本體開裂，共51起失效事件分類情況如下。2.1 失效事件數(shù)量與建設(shè)年代管道失效事件數(shù)量與管道建設(shè)年代總體分布較均勻，其中2008年、2009年建設(shè)的管道失效事件數(shù)量突出（圖?1）。
圖?1??X70及以上鋼級管道各年份失效事件數(shù)量
2.2 失效事件數(shù)量與輸送介質(zhì)的關(guān)系主要失效管道的輸送介質(zhì)分別為天然氣（28起，54.9%）、原油（13起，25.5%）和二氧化碳CO2（8起，15.7%），其他為液化石油氣（1起，1.96%）和乙烷（1起，1.96%），見圖?2。
圖?2??X70及以上鋼級管道不同輸送介質(zhì)失效事件數(shù)量
管道失效事件主要發(fā)生在609?mm（17起，33.3%）和762?mm（17起，33.3%）管徑的管道，X70及以上鋼級大口徑管線（>508?mm）失效事件數(shù)量約為小口徑（≤508?mm）管線的6倍（圖?3）。
圖?3??X70及以上鋼級管道失效事件數(shù)量與管徑分布
失效位置管體（22起，43.1%）與焊縫（環(huán)焊縫、管體焊縫、焊縫、焊縫配件）大致相當(dāng)（23起，45.1%），見圖?4。
圖?4??X70及以上鋼級管道失效事件數(shù)量與失效位置占比
失效類型以泄漏（27起，52.9%）為主，破裂（16起，31.3%）、其他（8起，15.7%），泄漏與破裂的比例約為8∶5。各管徑管道泄漏占比（泄漏/（泄漏+破裂））為：小于304.8?mm，泄漏占比為100%；508?mm～762?mm，泄漏占比為64.7%；大于914.4?mm，泄漏占比為42.9%。大管徑管道更容易發(fā)生破裂失效（圖?5）。
圖?5??X70及以上鋼級管道失效事件類型與管徑分布
如圖?6所示，管道失效后發(fā)生點火事件6起，著火3起、爆炸3起（其中914.4?mm管道同時發(fā)生著火爆炸），未點火事件46起?？傮w來講，點火的可能性為9.8%（即（1－46）÷51 = 0.098），點火后出現(xiàn)著火或爆炸的幾率大致相當(dāng)。
圖?6??X70及以上鋼級管道失效后點火事件數(shù)量
（508 mm管道發(fā)生閃爆，未點火）
缺陷類型主要為腐蝕穿孔（針孔、穿孔）、開裂（環(huán)向開裂、縱向開裂、裂紋），其中腐蝕穿孔為16起，占比31.4%，開裂為18起，占比35.3%（圖 7）。
失效主要原因為制造與施工缺陷（材料失效、施工/材料缺陷）共29起，占比56.9%；第三方損壞（開挖損傷）共7起，占比13.7%；腐蝕共6起，占比11.8%；自然與地質(zhì)災(zāi)害（自然災(zāi)害）和誤操作各4起，分別占比7.84%；其他為1起，占比1.96%（圖?8）。
下一期將為大家介紹“2007年7月24日TransMountain管道公司原油管道破裂事故”，并分享統(tǒng)計分析得出的經(jīng)驗教訓(xùn)，敬請關(guān)注。
作者：戴聯(lián)雙，博士， 1983年生，湖南懷化人，現(xiàn)就職于國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司，注冊安全工程師、二級安全評價師、管道檢驗師。負(fù)責(zé)編寫了《油氣管道安全防護規(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科學(xué)技術(shù)進步獎、河北省科學(xué)技術(shù)進步獎、管道科學(xué)獎等。
