油气长输管道管体缺陷及修复技术概述.pdf

_ 专题综述 石 油工 程建设 油气长输管道管体 缺 陷及修 复技术概述 李荣光 ’ ，杜娟 ，赵国星 ，张巍 ’ ，刘军 ，安迪 。 ，张轩 ’ 1 ． 中国石油管道科技研究中心 ，河北廊坊 0 6 5 0 0 0 2 ． 秦皇岛输油气分公司，河北秦皇岛 0 6 6 0 0 0 3 ． 长春输油气分公司，吉林长春 1 3 0 0 0 0 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． l 0 0 1 2 2 0 6 ． 2 0 1 6 ． 0 1 ． 0 0 3 摘要我国在役油气管道总长度已超过 1 0万 k m，由于服役环境、地质条件、杂散电流、防腐层失效、第三 方破坏等原因，管道可能出现多种类型的管体缺陷，给管道的正常输送带来了安全隐患。介绍了油气长输管道 常见的管体缺陷类型 金属损失、裂纹、变形、焊缝缺陷，以及常用的管体缺陷修复技术 补板、A型套筒、 B型套筒、环氧钢套筒、复合材料、机械夹具、换管。按缺陷的类型和程度详细阐述了适用的修复技术 ，并提 出了相应的修复建议。同时 ，对高钢级管道在线不停输修复技术、环氧钢套筒修复技术和复合材料修复技术可 靠性研究方面的发展趋势进行了分析。 关键词 长输管道 ；管体缺陷；缺陷修复；修复技术 Ov e r v i e w o f L o n g Dis t a n c e Oi l ／ Ga s P i p e li n e D e f e c t s a n d R e p a i r T e c h n o lo g y L I Ro n g g u a n g’ ，DU J u a n’ ，Z HAO Gu o x i n g’ ，Z HANG W e i ，LI U J u n ，AN Di 。 ，Z HANG Xu a n 1 ． Pe t r o Ch i n a P i p el in e RD Ce n t e r ， L a n g f a n g 0 6 5 0 0 0，Ch i n a 2 ． Qi n h u a n g d a o Oi l Ga s T r a n s p o r t a t ion S u b -c o mp a n y，Qi n h u a n g d a o 0 6 6 0 0 0，Ch i n a 3． Ch a n g c h u n Oil Ga s T r a n s p o r t a t i o n Su b c o mp a n y，Ch a n g c h u n 1 3 0 0 0 0，Ch i n a Ab s t r a dTh e t o t a l l e n g t h o f o i I a n d g a s p i p eli n e s i S mo r e t h a n 1 0 X 1 0 k m i n Ch i n a ． B e c a u s e o f t h e s e r v i c e e n v i r on me n t 。 g e olo g i c a l c o n d i t i o n s，s t r a y c u r r e n t ， c o a t i n g f a i l u r e，t h i r d p a rty d a ma g e a n d o t h e r r e a s o n s，v a r i o u s t y p e s o f d e f e c t s o f p i p e b o d y ma y a p p e a r a n d b r i n g h id d e n d a n g e r s t o t r a n s p o rta t i o n p i p el i n e ． Th is p a p e r i n t r o d u c e s t h e p i p e b o d y c o mmo n d e f e c t s me t a l l o s s ，c r a c k ，d e f o r ma t i o n a n d we l d d e f e c t a n d p ip e b o d y r e p a i r t e c h n i q u e s p a t c h i n g ，a d o p t i n g s l e e v e s o f A t y p e ，B t y p e o r e p o x y s t e e I ，u s i n g c o mp o s it e ma t e r ia l s a n d me c h a n ic a I c l a mp ，a n d r e p la c i n g p ip e ． T h e r e p a i r t e c h n iq u e s a r e d es c r ib e d i n d e t a i I a c c o r din g t o t h e t y p e s a n d d e gr e e s o f d e f e c t s ． An d t h e r e l e v a n t s u g g e s t ion s a r e p u t f o r wa r d ． Me a n wh i le．t h e d e v e l o p me n t t r e n d o f r e s e a r c h e s on n o n -s t o p t r a n s mi s s i o n r e p a i r t e c h n o lo g y f o r h i g h g r a d e s t e e I p i p e l i n e，e p o x y s t e e I s l e e v e r e p a i r t e c h n olo g y a n d c o mp o s it e ma t e r i a ls r e p a i r t e c h n olo g y r e l ia b i l it y a r e a n a ly z e d． K e y wo r d s l o n g dis t a n c e p ip e l i n e；p i p e b o d y de f e c t ；d e f e c t r e p a i r ；r e p a i r t e c h n o l o g y 目前，我国在役油气管道总长度已超过 1 0 万 k m， 其中一部分管道服役逾 1 0 年 ，由于服役环境、地质 条件、杂散电流、防腐层失效、第三方破坏等原因， 管道产生了大量缺陷。此外 ，我国在役油气管道基本 以埋地管道为主，路由地区气候地质条件复杂，管体 缺陷修复难度大，技术要求高。为此 ，选用何种管道 修复方式越来越受到管道运营方的重视。本文介绍了 油气长输管道常见的缺陷类型和对应适用的修复技 术，并对我国缺陷修复技术的发展趋势进行了展望。 1 缺陷类型 管体缺陷主要有金属损失、裂纹、变形、焊缝缺 陷四大类型 ，根据缺陷程度和位置划分见表 1 。 2 缺陷修复及建议 目前 ，国内常见的缺陷修复技术有补焊、补板、 A型套筒、B型套筒、环氧钢套筒、复合材料、机械 夹具、内衬、换管等管体缺陷修复技术n 。其中 ，补 焊、补板、B型套筒以及换管属于焊接修复技术 ，采 用该类修复技术时应关注管道钢材等级 ，如等级在 X 6 0及以上时则需要按相应在线焊接工艺评定规定的 程序进行修复。A型套筒、环氧钢套筒、复合材料 、 内衬和机械夹具属于非焊接修复技术 ，对一般环向缺 陷 如环向裂纹、环焊缝缺陷不建议使用该类修 复技术 ，其中内衬修复技术适用于低压 压力小于 4 MP a 管道缺陷修复，修复过程中需要停输。选用 _专题综述 石 油工 程建设 蚀明确不会继续发展后 ，也可采用 A型套筒 、环氧 钢套筒进行修复。 2 ． 1 ． 6 凿槽或其他金属损失 对于此类缺陷，如果缺陷金属的去除量满足要 求 ，当缺 陷深度 ≤0 ． 1 2 5 t ，可采 用打磨修 复。当 0 ． 1 2 5t 缺陷深度≤0 ． 4t ，打磨清理缺陷部位后，经 检测合格 ，采用 B型套筒永久修复 ；否则 ，采用换 管修复。当管体 0 ． 4t 缺陷深度 3 ． 2 mm 。 2 ． 2 裂纹 2 ． 2 ． 1 裂纹深度≥0 ． 8 t 当管体裂纹深度≥0 ． 8 t ，应采用换管修复。 2 ． 2 2 0 ． 4t ≤管体裂纹深度 0 ． 8 ￡ 当 0 ． 4 t ≤管体裂纹深度 0 ． 8 t ，若缺陷金属的 去除量满足要求，宜采用 A型套筒、环氧钢套筒或 者 B型套筒修复中的任意一种技术进行永久修复。 如果经过断裂力学计算 ，裂纹长度小于裂纹扩展临界 值 ，可采用 B型套筒进行永久修复。环向裂纹不宜 采用 A型套筒、环氧钢套筒和复合材料修复技术进 行修复。 2 l 2 l 3裂纹深度 0 ．4￡ 当管体裂纹深度 0 ．4 t ，如果缺陷金属的去除量 满足要求，可采用打磨、堆焊、A型套筒、环氧钢套 筒或复合材料修复中的任意一种技术进行永久修复。 如果裂纹长度／ J ＼ 于裂纹扩展临界值 该扩展值要经过 断裂力学计算获得 ，可采用 B型套筒进行永久修复。 2 ． 2 ． 4 氢致裂纹 当油气管道的管体存在氢致裂纹缺陷时，可采用补 板、A型套筒、环氧 冈 套筒或 B型套筒进行永久1 复。 2 ． 3 变形 2 ． 3 ． 1 凹坑深度 ≥6 ％D 当管体凹坑深度≥6 ％D，可能导致清管器和内检 测器无法安全通过，应采用换管进行永久修复；若无 法换管时，可采用 B型套筒或环氧钢套筒临时修复。 2 ． 3 ， 2 凹坑深度 6 ％D 当管体凹坑深度在 4 ％ ～6 ％D之间且不含 有应力集中的平滑凹坑时 ，则不需修复，但应重点监 视缺陷的变化情况 ，在条件允许时安排修复。当凹坑 深度 4 ％D且不存在应力集中、开裂 、金属损失等 情况时不需要进行修复。 当管体凹坑深度 6 ％D，并伴有金属损失、开裂 或应力集中，应采用 B型套筒或换管进行永久修复。 若打磨尺寸满足规范要求，且裂纹深度≤0 ． 4 t ，采用 打磨消除裂纹，检测合格后经树脂填充固化，采用 A 型套筒、环氧钢套筒或复合材料进行永久修复。应使 用热膨胀系数与管体接近的填充树脂进行填充[6 1 。 2 ． 3 ． 3 环焊缝附近有应力集中凹坑 当管道环焊缝附近有应力集中凹坑时，应采用 B 型套筒或换管进行永久修复。若打磨尺寸能满足规范 要求，可采用打磨修复。 2 ． 3 。4 皱弯、弯曲缺陷 当管体产生皱弯、弯曲缺陷时，若形变不大 ，可 采用 B型套筒或环氧钢套筒进行永久修复 ，修复套 筒的形状、尺寸应与管道相符。若管体形变较大应采 用换管进行修复。 2 l 4 焊缝 缺陷 2 ． 4 ． 1 体积型缺陷 当油气管道的焊缝缺陷为体积型缺陷时 ，应采用 B型套筒或换管进行永久修复。若缺陷金属的去除量 满足要求 ，且当缺陷深度 ≤ 0 ． 1 2 5 t ，可采用打磨修 复。若 0 ． 1 2 5 t缺陷深度 0 ． 4 t ，打磨去除缺陷金 属 ，检测合格后 ，采用 A型套筒、环氧钢套筒、B型 套筒或复合材料进行永久修复。 2 ． 4 ． 2 线缺陷 当油气管道的焊缝缺陷为线缺陷时 ，可采用换管 修复。若缺陷金属的去除量满足要求 ，可采用打磨修 复。如果焊缝缺陷深度 0 ． 8 t ，打磨去除缺陷金属 ， 检测合格后 ，采用 A型套筒、B型套筒、环氧钢套筒 或复合材料进行永久修复。如果缺陷长度／ J ＼ 于其扩展 临界值，可采用 B型套筒永久修复。 2 ． 4 ． 3 电阻焊焊缝缺陷 当管体缺陷长度／ J ＼ 7 - 其扩展临界值 ，可采用 B 型套筒永久修复，反之采用换管进行修复。 2 ． 4 - 4 电弧烧伤、夹渣 当管体油气管道的管体存在电弧烧伤、夹渣时 ， 可采用 A型套筒、B型套筒、环氧钢套筒或换管进行 永久修复；如果缺陷金属的去除量满足要求 ，可采用 打磨修复。当管体缺陷深度 0 ． 4 t ，打磨清理缺陷部 位 ，检测合格后，可采用堆焊或复合材料进行永久修 复。当 0 ． 4t 1 2 _ 5 ％ 时 ，应采用 B型套筒进行永久 性修复。 3 发展趋势展望 3 ． 高钢级管道在线不停输修复技术 高钢级管道因管材制备工艺复杂，材料晶粒及二 相分布均匀，故具有高韧性和高强度。高钢级管道管 材屈服强度高，多数非焊接修复技术难以满足修复要 求。但选用焊接为主的修复技术修复时，焊接热影响 区的管材晶粒和组织状态将不可避免地发生变化，可 能导致管材性能降低。因此，开展高钢级管道在线不 停输修复技术研究对于我国高钢级管道安全、稳定运 行有着十分重要的现实意义。 3 ． 2 环氧钢套筒修复技术 环氧钢套筒修复技术作为一种免 彦复技术，具 有可修复多种缺陷类型、适用范围广等特点。但该技 术在高寒地区及天然气管道缺陷修复中使用时，常温 固化型填充树脂存在低温固化周期长、强度低、固化 后热膨胀系数与管材匹配性差等问题。建议从事管道 修复的企业及科研单位进一步开展相关研究工作 ，以 进一步完善环氧钢套筒修复技术。 ” 一 ””” * 卜 ” 卜 ”卜” 卜 “ 卜 一“ ” ” “一”” 专题综述 l 3 ． 3 复合材料修复技术可靠性研究 复合材料修复技术作为一种新型修复技术 ，与传 统修复技术相比具有无需焊接、材料比强度高、可设 计性强、修复时间短等优点。但复合材料修复技术在 我国的发展整体仍处于起步阶段 ，在管道压力波动、 温度波动、土壤剪切、弯曲应力等条件下的长效性 尚 未开展相关研究，因而制约了该项技术的进一步推广 使用，需深入开展相关研究工作。 参考文献 ⋯ Q ／ S Y G D 1 0 3 3 2 0 1 4 ， 油气管道管体缺陷修复手册【 S 】 ． [ 2 ] 李荣光 B型全封闭钢质套筒修复技术改进【 J 】 ． 油气储运 ， 2 0 1 0， 2 9 1 O 7 5 5 7 5 8 ． 【 3 】 王修云， 郑岩 ， 王金友， 等． 碳纤维复合材料焊缝补强技术研究【 J 】 ． 油气储运， 2 0 0 5 ， 2 4 S 1 1 3 3 1 3 7 I 4 ] A S ME P C C 一 2 2 0 1 1 ， 压力设备和管道的维修[ S ] I 5 ] Q ／ S Y G D 0 1 9 2 2 0 0 9 ， ； E l9 气钢质管道管体缺陷修复规范[S ] 【 6 】 李荣光 管道缺陷碳纤维修复技术树脂体系的改进试验[ J 】 l j E l9 气 储运， 2 0 0 9 ， 2 8 8 4 8 5 1 [ 7 ] 赵渠森 先进复合材料手册[ M】 ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 3 ． 作者简介 李荣光 1 9 8 0 一 ， 男，黑龙江鹤岗人，高级工程师，2 0 0 5 年毕业 于北京航天航空大学应用化学专业，硕士，现从事管道防腐材料、 管体1 复技术方面的研究工作。E m a il r g lip e t r o c h in a ．c o m c a 收稿日期2 0 1 5 - 0 4 1 0 ；修回日期2 0 1 5 - 1 O 一 1 0 - 卜一卜 一 - 十一- 一一4-* -F一 中国石油集团工程技术研究院科研成果 荣获中国腐蚀与防护学会科技进步一等奖 由中国石油集团工程技术研究院防腐保温技术公司完成的 “ 炼油厂功能性防腐蚀涂料技术研究”项目成果 荣获 2 0 1 5 年度中国腐蚀与防护学会科技进步一等奖。 “ 炼油厂功能性防腐蚀涂料技术研究”是根据炼油厂装置及配套设施的不同使用功能 ，通过研究各部位遭 受的腐蚀因素及特殊部位的功能防护，而开发出适合不同部位的功能性防腐蚀及防护涂料 ，并对各种涂料体系 进行了整体优化及配伍技术研究。该项成果经专家鉴定达到了国际先进水平， 获得了与本技术相关的发明专利 6 项。 该研究在中国石油大港石化炼化装置及配套设施改建工程、中石油大连石化公司装置及钢构防腐工程、中 石油锦州石化公司装置及钢构防腐工程、天津乙烯炼化一体化项目中转油库库区及配套工程、中国石油汇鑫油 品储运 6 5 万 m 。 油库工程等项目中得到应用，取得了良好的经济和社会效益。 本刊摘录