摘要：在珠海市有64km埋地燃气钢管已闲置达9年，为了确定是否可以再用，本文主要从焊接缺陷评估、管道防腐检验和压力试验3个方面，对系统的安全状况进行了全面检测和分析，并提出了安全启用方案，使该系统得以重新安全运行。避免了重复投资，减轻了对环境的污染，是环保和资源有效利用的一次成功实践。

关键词：焊接缺陷；管道防腐；压力试验

    在祖国南方的珠海市，为改善城市空气质量、方便居民生活，自1990年开始兴建管道燃气系统以取代燃煤和燃油的能源结构，至1995年全部建成，建有4个液化石油气气化站，并铺设了64km地下燃气钢管，设计年供应液化石油气可达5万t，耗资近2亿元人民币。这项工程却由于多种原因闲置了9年，敷设于地下的燃气钢管还可能受到腐蚀和损坏。

    为了确定闲置燃气系统能否重新投产使用，在2003年我们组织相关专业公司一起对系统中各重要环节进行了全面检测，对管道设施的安全状况进行了科学分析。在对关键部位进行调整与修复的基础上，对该系统做出了切合实际的质量安全评价和安全启用方案，使系统得以重新安全运行。目前，该系统已安全运行达5年，经济和社会效益均十分显著。现将该系统的质量安全评价及检测情况介绍如下：

    该燃气系统主要由气化站与埋地管道组成。气化站主要检验与安全有关的防火间距、安全设施、液化石油气储罐及配气管道等问题。气化站经检验符合我国规范要求，选用的设备标准高，虽经闲置多年，但由于进行了必要的维护与管理，状况良好，可在设计条件下安全使用。埋地燃气钢管是本次评价的重点，我们对其焊接、防腐等重要问题作了大量的检测检验和分析评估工作。

    埋地敷设的燃气管道最不安全的因素就是漏气，因为燃气泄漏后会到处流窜，无孔不入，不断聚集形成爆炸性气体，遇明火后容易引发火灾与爆炸事故。而焊接缺陷是造成漏气事故的一个重要原因，安全检查首先由此入手。

    根据珠海市道路改造开挖出的埋地燃气钢管焊接质量外观检查，发现部分焊缝存在错口、未熔合、气泡、夹渣、未焊透等缺陷，甚至有个别弯管和三通焊接时没有坡口，造成管道焊接严重缺陷。鉴于这一情况，在全面检验时，为了探明全市燃气管道焊接质量的真实情况，我们决定采用各片区均匀选点取样的方法进行检验，各种直径三通、弯管、直管段和法兰连接处均按比例确定选取数量。

    实际开挖21处，对取出的35个管件(直管段11个、弯管6个、三通10个和法兰连接处8个)进行了探伤检验。其中法兰连接处采用渗透探伤检验，结果均为Ⅰ级焊缝；其余27个管件采用X射线探伤检验，根据射线探伤结果统计，焊缝缺陷中有气孔24处、夹渣39处、未焊透62处、未熔合2处、咬边5处、错口7处、凹陷11处，Ⅳ级焊缝比例为37.5%，基本为弯管和三通焊缝，直管段焊缝质量普遍较好。

    为了进一步分析以上开挖管件的焊接缺陷，我们在上述检验基础上分别在不同位置挑选了各种典型直管段5个、弯管3个和三通2个进行初步评估。

1.2.1 管件失效模式分析及评价方法

    由于该燃气钢管埋地后未全面正式供气，仅作充氮保护，因此根据压力低、波动小、管材韧性好等特点，确定其缺陷管件失效模式为塑性失效。可通过塑性极限分析对含缺陷管件进行安全评价。

1.2.2 管件所受外载载荷确定

    根据管网设计的内压力为0.2MPa，同时考虑管道走向的变化及管道自重的因素，管网中不同部位管段还有可能受到不同的轴向及弯矩作用。采用CAESAR管道应力分析软件，按照ASME B31.8对典型工况进行应力分析计算，可分别得到被选管件所在管线的最大轴向应力Nmax和最大弯矩Mmax。为了安全起见，假设各管件均承受所在管线上的最大轴向力和最大弯矩。

由于轴向力与弯矩在管道上均产生轴向应力，故可通过等效转换方法将轴向力转化为弯矩以简化评定过程，按此过程可确定各管线的弯矩载荷。

根据图1所示原理，与轴向力N等效的弯矩M_N可由下式计算：

 

则叠加后的弯矩荷载为：

M=Mmax+M_N    (2)

式中：N—轴向力，N；

M_N—与轴向力N等效的弯矩，N·m；

Do—管道外径，m；

T—管道壁厚，m；

M—叠加后的弯矩，N·m；

      Mmax—被选管件所在管线的最大弯矩。

1.2.3 直管段评定

    根据各直管段载荷计算结果，按国家标准《在用含缺陷压力容器安全评定》规定的方法，对5个直管段焊缝进行塑性失效评定，评定结果均通过塑性失效计算。

1.2.4 弯管的评定

    利用有限元模型分析的方法，确定含未焊透缺陷弯管的塑性极限载荷，再参考上述标准对弯管焊缝进行评价。经计算其中两个弯管通过评定，而另一弯管由于焊缝的缺陷严重，已不满足最小剩余壁厚2mm，故无法评价。

1.2.5 三通的评定

    三通评定方法与弯管一样，利用有限元建模进行计算，计算结果一个三通通过评定，而另一个三通由于焊接结构不合理，无法完成评定。

    为了解供气系统现有埋地管线的极限状态，对1个弯头、2个三通、1个直管段进行了内压爆破试验。其结果是弯头与直管段的实际爆破压力均大于计算爆破压力，而2个三通由于焊缝泄漏，其实际爆破压力小于计算爆破压力，说明其焊缝质量存在问题。当然，管件是否符合爆破要求，不是衡量燃气系统是否能够正常工作的标准，而应由燃气管道压力试验来确定燃气管道是否能正常工作。

    从以上焊缝探伤检验、焊接缺陷初步评估和爆破试验的结果表明，该埋地燃气管道系统的直管段和法兰连接处焊接质量较好，全部通过国家标准的评定要求。有部分弯管和三通焊缝质量存在问题，无法通过评定，尤其是管路中均未采用标准三通管件，造成焊接困难，焊接缺陷较为突出。所以，三通和弯头将是下一步的重要整改对象。