油气管道环焊缝缺陷适用性评价现状与展望

油气管道的环焊缝质量好坏与管道能否安全运行密切相关,近年来管道环焊缝问题日益突显,因此准确评价管道环焊缝缺陷的适用性对于保障管道安全运行具有重要的意义。为了给环焊缝缺陷安全评定提供参考,系统总结了现行的环焊缝缺陷适用性评价方法并归纳为6种类型,剖析了各类方法的原理、特点及适用性,从焊接缺陷、内外部载荷及材料性能等3个方面分析了目前环焊缝缺陷适用性评价过程中遇到的瓶颈问题,并针对高钢级管道环焊缝所暴露出的新问题,提出了环焊缝缺陷适用性评价的未来展望。研究结果表明:(1)环焊缝缺陷可分为体积型缺陷和平面型缺陷两大类;(2)对于体积型缺陷,主要考虑塑性失效模式,推荐采用修正的Miller方法;(3)对平面型缺陷,应同时考虑塑性失效和断裂失效模式,推荐采用BS 7910:2015标准中基于失效评估图(FAD)的方法,并根据可用材料参数及保守性选用通用失效评估曲线(FAC)或特定FAC。结论认为,该研究成果有助于保障管道的安全运行。

管土接触作用下埋地管道力学分析

为了研究管土间作用规律,运用ANSYS软件建立了基于接触单元的三维管土接触有限元模型,分析得到了管周接触应力的分布。给出了管土相互作用计算的弹性解,对比分析得出其与有限元模拟结果非常接近,表明管土接触分析模型能够较好地模拟管土相互作用。计算分析了管道埋深、土体粘聚力、管土摩擦因数、内摩擦角对管土接触应力的影响。

电阻点焊电流磁场模型

本文主要根据电磁场的相关理论,通过分析点焊焊接机构电流回路,建立电阻点焊熔核截面电流分布与周围磁场关系的正演模型;并采用Matlab编程进行正演计算,将其结果与通过试验测得的熔核周围磁感应强度值进行比较,分析验证所建立正演模型的可靠性和准确性,从而为后续利用正演模型进行熔核物理参数反演奠定了基础。

油气管道周向励磁漏磁检测技术优势与发展前景

为了研究周向励磁漏磁检测技术的适用性,基于漏磁检测原理分析了该技术对于检测轴向导向缺陷的潜在优势,以及存在的技术局限性。周向励磁在管壁产生的磁场是非均匀磁场,临近磁极的磁场强度大,远离磁极的磁场强度小,缺陷漏磁通与缺陷距磁极的距离相关,两磁极间仅存在一段有效检测区域,要求传感器探头必须具有很小的间距和较高的测量精度;周向励磁产生的磁力线垂直于管道轴线,信号采集对检测装置的运行速度提出了更高的要求。从励磁方式、磁场分布状态、检测适用性和技术成熟度四个方面对比分析了周向励磁与轴向励磁漏磁检测技术,得出结论:两种检测技术的本质区别在于励磁方式和磁场分布状态的不同,且分别对轴向导向缺陷和环向导向缺陷敏感;轴向励磁漏磁检测技术更成熟且应用更广泛。最后,阐述了周向励磁漏磁检测技术的国内外技术发展与应用现状。

基于二维阻抗特征的管道环焊缝缺陷涡流检测

油气长输管道环焊缝处缺陷对管道安全的危害性巨大,管道缺陷造成的事故大部分发生在管道焊接处。目前,对管道进行无损检测(NTD)是预测事故隐患、保证管道安全运行的常用手段,但传统无损检测方法无法有效识别位于环焊缝处等表面形貌复杂位置的缺陷。为了克服传统检测方法的缺点,提出一种基于图像处理和神经网络的嵌入式涡流检测系统。从涡流信号合成的二维阻抗图入手,对其进行霍夫变换和轮廓提取得到特征分量,使用类内散布矩阵筛选分类特性好的特征用以训练基于FPGA加速的神经网络,实现在焊缝基底噪声较大的情况下对缺陷的自动分类与识别。实验结果表明,本系统可以有效识别位于环焊缝处等形貌复杂位置的缺陷信号,正确率可达92%,且系统体积小、功耗低,适合应用于管道内检测环境。

基于应变的管道环焊缝表面裂纹有限元分析

现行的管道设计标准大多遵循传统的基于应力的设计准则,当管材出现屈服和应变强化时,准则便不再适用。为此,建立了内压作用下三维管道环焊缝缺陷仿真模型,采用基于应变的设计方法对其承载能力进行了分析,探讨了其影响参数的变化规律,计算了不同管径时管道的拉应变极限和失效压力。分析结果表明:材料韧性越好,裂纹尖端抗开裂性能越好,在管道设计施工中应合理选择焊材与管材的强度及韧性匹配;相比于管道尺寸,裂纹缺陷尺寸对管道承载能力的影响更大,尤其是缺陷深度。所得结论可为管道环焊缝缺陷完整性评估提供理论指导。

X80钢管道磁化特性及退磁仿真分析

由于X80钢管道经过检测后会残留剩磁,导致出现电弧磁偏吹,影响焊接质量,因而需要对管道进行退磁。文中采用永磁铁退磁方法,依托Maxwell仿真软件对X80钢管道样板进行静态磁化和动态退磁仿真研究,分析了X80钢的磁化和退磁现象,获取了X80钢的磁化特性曲线。研究结果表明:利用永磁铁可以实现对X80钢管道样板的动态退磁,退磁效果受永磁铁的退磁强度影响较大,受退磁速度影响较小。退磁强度越大,退磁效果越好。

基于应变的高钢级管道环焊缝适用性评价

现行管道设计标准大多遵循传统的基于应力的设计准则,当管材出现屈服和应变强化时,基于应力的设计准则便不再适用。为了有效开展基于应变的高钢级管道环焊缝适用性评价,需要解决驱动力的应变表征和失效准则确定两个关键问题。通过对含环焊缝根部裂纹的高钢级管道进行有限元分析,得到基于应变的裂纹扩展驱动力,研究了缺陷尺寸、强度匹配及压力等因素对环焊缝应变能力的影响;对比分析了两种管道环焊缝断裂失效准则并明确其适用性。分析结果表明:缺陷尺寸不仅影响裂纹扩展阻力,而且影响裂纹扩展的驱动力,裂纹深度较长度对基于应变裂纹驱动力的影响更为明显;高匹配焊接的环焊缝具备更强的应变能力,承载能力也相应增强;错边和变壁厚等根部不连续会削弱环焊缝的承载能力;基于裂纹失稳扩展失效准则评价的是极限应变能力,对环焊缝的断裂韧度要求很高,建议选择基于断裂韧度准则的评价方法。所得结论可为高钢级管道环焊缝应变能力评估提供技术参考。

管道斜接环焊缝适用性评价

斜接引起的应力集中效应致使斜接环焊缝比普通环焊缝更加危险,因此需进一步明确在役管道超标(斜接角度≥3°)斜接环焊缝的适用性。总结对比了现行斜接环焊缝(缺陷)评价标准,推荐采用SY/T 6477—2017 《含缺陷油气管道和强度评价方法》标准评价无缺陷斜接环焊缝,分别采用修正的米勒(Miller)方法和BS 7910:2019 《金属结构裂纹验收评定方法指南》标准评价含体积型缺陷和平面型缺陷斜接环焊缝,并将斜接导致的弯曲应力作为附加载荷考虑。通过有限元分析及全尺寸压力爆破试验明确了斜接与缺陷对于环焊缝失效的影响,评估了评价方法适用性及保守性。研究表明:纯内压作用下,内压导致的环向应力主导了无缺陷斜接管的失效,但随着斜接角度的增大,应力集中效应逐渐突显;压力试验数据验证了标准中斜接评价方法适用范围(斜接角度≤10°)的合理性;斜接和缺陷的存在导致钢管抵抗均匀变形能力及承压能力下降,对于含缺陷(尤其平面型缺陷)斜接,当斜接角度较小时,缺陷会成为环焊缝失效的主要致因。

基于漏磁内检测的管道环焊缝缺陷识别与判定

为了实现基于漏磁内检测的管道环焊缝缺陷的有效识别与判定,对环焊缝异常信号的特征及其影响因素进行了分析。通过漏磁信号有限元仿真分析与内检测牵拉试验,系统分析了管道磁化水平、传感器提离值、环焊缝余高,环焊缝缺陷形状、位置及开口方位等因素对缺陷漏磁场的影响,明确了环焊缝缺陷与漏磁信号特征之间的对应关系,提出了基于漏磁内检测信号的环焊缝缺陷分类方法。将环焊缝缺陷分成了4类,并给出了环焊缝缺陷的漏磁内检测检出率和识别准确率。现场开挖验证结果进一步验证了识别与分类判定结果的准确性,为基于漏磁内检测的环焊缝缺陷识别与判定技术工业化应用奠定了基础。

中国石油油气管道失效数据管理问题及对策

中国石油对于重大事故的分析与经验分享较为重视,但缺乏对于较轻微事故或事件的分析、发布和共享,不利于发现事故/事件规律,难以保障油气管道等生产设施的本质安全。通过分析国内外油气管道失效数据库的建立与使用情况,阐述了建立、维护油气管道失效数据库的重要性,总结了当前中国石油油气管道失效数据库存在的问题,包括管理标准缺失,缺乏体系约束与政策激励。结合美国、加拿大、欧洲、英国等失效数据库的失效定义、上报流程以及国内管道行业失效信息收集的实际情况,给出了中国石油油气管道失效数据库的进一步推广建议。

基于漏磁内检测的管道补口失效识别与判定方法

管道补口一旦发生失效,腐蚀介质自破损处渗入,将会严重影响管道完整性。基于漏磁内检测原理和管道补口失效形式,提出了补口防腐失效的识别与判定流程:通过分析管道补口结构特点、失效形式、可能产生腐蚀缺陷的位置与形貌特征,明确管道补口失效导致外腐蚀特征及其与漏磁内检测信号特征之间的对应关系,从而识别可能已经失效的管道补口。通过对多条管道的开挖验证,得出采用漏磁内检测技术识别与判定补口失效准确率,并验证了该方法的准确性,为基于漏磁内检测的补口失效识别与判定技术的工业化应用奠定了基础。(图7,表1,参20)

基于漏磁内检测的管道补口失效评价方法

为了制定高效的管道补口修复计划,确保缺陷及时修复,提出了一种基于漏磁内检测的管道补口失效评价方法。该方法将补口失效内检测信号分为4种类型,其中第1类和第4类信号特征较明显,第2类和第3类次之。分别采用RSTRENG 0.85dL方法和Kastner方法对轴向缺陷和环向缺陷进行评价,并基于腐蚀增长速率边界值对腐蚀增长作出预测。结合信号类型与腐蚀缺陷评价结果,建立了补口失效分级评价与响应准则。现场应用结果表明:该方法具有较高的识别与评价符合率,可以满足现场应用需求。

油气管道类裂纹缺陷涡流内检测的可行性

油气管道类裂纹缺陷尤其是内表面的类裂纹缺陷是导致管道失效的主要因素,但由于现有内检测技术的局限性,类裂纹缺陷成为了管道内检测研究的难点。基于电磁涡流技术,选取不同缺陷深度下的管道本体及环焊缝处类裂纹,通过自主搭建的高速自动涡流检测试验装置开展了不同类型的类裂纹涡流内检测试验,分析了类裂纹缺陷的涡流信号特征,验证了电磁涡流技术用于类裂纹缺陷内检测的可行性。试验结果表明:在较高的检测速度下,通过缺陷阻抗信号可以区分油气管道不同位置的类裂纹缺陷,且随着缺陷深度增大,信号特征越明显;随着缺陷提离值增大,信号特征逐渐减弱;缺陷信号信噪比水平较高,可以满足准确识别类裂纹缺陷的要求。

中俄东线天然气管道动态退磁实验

油气长输管道施工、检测过程中的剩磁会引发焊接电弧的磁偏吹,可能影响管道焊接作业的施工进度和质量,进而威胁管道本质安全。中俄东线天然气管道工程由于采用大口径、高钢级管道,具有较高的管道剩磁水平,对现有退磁技术与退磁设备的能力提出了更大的挑战。为此,引入永磁铁退磁技术,开展基于响应面法设计的中俄东线天然气管道动态退磁实验,实现了管道永久退磁,并通过管道电磁场仿真验证了实验结果的准确性。结果表明:退磁装置磁场强度是管道退磁效果的重要影响因子,随着退磁强度增大,退磁率逐渐增大;退磁装置运行速度对管道退磁效果的影响不明显。研究成果可为管道退磁技术发展提供新的研究方向和思路。

管道内检测技术与管理的发展现状及提升策略

管道缺陷一直是导致管道失效的主要因素,通过内检测技术检测识别各类管道缺陷已成为国内外广泛认可的做法。为进一步促进内检测技术的发展和管理水平的提升,系统梳理了当前国内外典型管道内检测技术服务公司的检测技术能力和发展历程,分析了油气管道面临的环焊缝缺陷、裂纹缺陷、针孔腐蚀缺陷、管道受力状态内检测技术局限性问题,从政府、管道企业、内检测服务商3个层面总结了现有内检测技术管理中存在的问题,提出了应用多维策略解决管道内检测技术局限性的思路,为未来油气管道内检测技术发展和管理水平提升提供参考。(图1,参25)