Inspection of pipeline girth welds with ultrasonic phased array technique

A novel automatic ultrasonic system used for the inspection of pipeline girth welds is developed, in which a linear phased array transducer using electronic scan is adopted. Optimal array parameters are determined based on a mathematical model of acoustic field for linear phased array derived from Huygens' principle. The testing method and the system structure are introduced. The experimental results show that the phased array transducer system has the same detectability as that of conventional ultrasonic transducer system, but the system architecture can be simplified greatly, and the testing flexibility and the testing speed can be improved greatly.

X80天然气管道环焊缝复合缺陷应力强度因子的工程化计算方法研究

针对X80管道环焊缝中同时存在的“错边+裂纹”复合缺陷进行工况受力分析,结合弹性有限元方法分别对“错边+内表面裂纹”和“错边+埋藏裂纹”含复合缺陷管道进行三维有限元分析,总结裂纹尺寸、轴向应力、管道壁厚、焊缝错边量及裂纹的位置对应力强度因子的影响规律。在此基础上,引入裂纹尺寸修正系数,提出应力强度因子工程计算公式。将有限元分析与理论推导值对比,其误差在3%以内;应力强度因子计算公式结果与有限元结果的误差小于5%,表明了其准确性。

管线钢环焊缝缺陷对腐蚀的影响研究进展

近年来发生了多起后果严重的管道事故,使油气管道环焊缝的完整性和腐蚀问题越来越受到关注,焊缝缺陷是促进腐蚀发生的重要原因,故研究焊缝缺陷对腐蚀的影响具有重要意义。为此,综述了管线钢环焊缝缺陷处腐蚀研究进展,总结了目前管线钢环焊缝处缺陷的种类及导致缺陷形成的原因,归纳了当前缺陷的检测方法并对缝缺陷处腐蚀研究方法进行了总结,分析了管线钢环焊缝缺陷对应力腐蚀、氢脆腐蚀和微生物腐蚀的影响机制。针对不同腐蚀提出了相应的机理模型,认为目前对环焊缝缺陷处腐蚀的研究还不够深入,应加强焊缝缺陷在多种腐蚀环境中的腐蚀机理、不同缺陷与不同腐蚀类型协同作用等方面的研究。

基于层次分析和FAD图的管道环焊缝适用性评价方法

焊缝缺陷是导致管道失效的主要原因之一,因此在役长输管道在进行升压前或复产前,应对管道全线环焊缝进行适用性评价,以排除管道隐患并确定合适的压力范围。由于管道的敷设位置大多位于地下,焊缝处的载荷参数难以准确获取,现有的环焊缝适用性评价多是仅仅基于管道内压进行评价,忽略附加载荷的影响,导致评价结果不准确。针对上述情况,本文以某天然气长输管道环焊缝开挖后的无损检测结果为基础数据,建立待评价焊缝处附加载荷的层次分析风险因素模型,改进了API 579中失效评估图(failure assessment diagram,FAD)传统评价方法,实现管道环焊缝的精准适用性评价,为管道安全提供决策支持。该方法与准则对在役长输管道全线路环焊缝适用性评价工程实践具有借鉴意义。

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。

未焊透缺陷尺寸对X80管道弯曲承载力的影响

为了得到未焊透缺陷尺寸对X80管道弯曲承载力的影响规律,通过有限元计算得到了缺陷深度和长度对失效弯矩的影响规律。结果表明:缺陷处产生明显的应力集中现象,缺陷处Mises应力随着缺陷深度和长度的增加而分别增加;与缺陷长度相比,缺陷深度对Mises应力集中现象的影响更加明显。加载初期,缺陷处Mises应力随着弯矩的增加有一定程度的减小;之后缺陷处Mises应力随着弯矩的增加而增加;当缺陷处Mises应力超过屈服强度进入强化阶段后,缺陷处Mises应力随着弯矩的增加而增加的幅度有所减小。失效弯矩受缺陷深度的影响远远大于缺陷长度的影响。

环焊缝裂纹型缺陷漏磁内检测牵拉试验研究

大口径油气管道在生产运行中经常产生环焊缝裂纹型缺陷。为了保证大口径油气管道的安全运行,经过调查研究,推荐采用先进的三轴高清漏磁内检测技术检测大口径油气管道内的缺陷。为了验证1422 mm大口径管道三轴高清漏磁内检测器对环焊缝裂纹型缺陷的检测能力,在含有环焊缝裂纹缺陷的1422 mm牵拉试验管道内,使用Rosen三轴高清漏磁内检测器进行了牵拉试验研究。牵拉试验结果表明:对深度大于等于管道壁厚40%的环焊缝裂纹缺陷可全部检出,深度为管道壁厚20%的环焊缝裂纹缺陷可部分检出,深度为管道壁厚10%的环焊缝裂纹缺陷无法检出;Rosen三轴高清漏磁内检测器的DMD传感器可以有效识别管材材料特性的变化。该试验对中俄东线管道内检测的成功运行具有重要意义。

弯曲载荷下管道环焊缝裂纹应力强度因子评价模型及试验验证

裂纹缺陷是众多环焊缝缺陷中危险性最大的缺陷之一。油气管道在经过地质条件较差的区域时,当遭遇自然灾害,管道除内压作用外,还会承受额外的弯曲载荷,由此引起的大跨度管道弯曲变形容易引起环焊缝裂纹扩展,导致管道破裂。基于大量环焊缝裂纹有限元数据,拟合出了裂纹尖端应力强度因子的工程评估公式。按照子模型分析方法可以快速获得有限元结果数据且能保证精度,是一种高效获取全尺寸弯曲管道中裂纹应力强度因子拟合数据的方法。结合API 579中提供的环向裂纹应力强度因子理论公式,对应力强度因子计算公式进行了拟合,裂纹尺寸范围为0.03<a/c<0.2,0.27<a/t<0.54,对应的最大误差为4.86%。通过全尺寸弯曲试验,验证了裂纹扩展时对应的公式临界位移精确度可达5.49%,公式临界远场应变精确度可达4.95%。

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。

考虑材料特性的管道环焊缝缺陷评估方法

为评估管道环焊缝缺陷评价方法的适用性,处理不同等级钢管拉伸性能数据,获取对应的Ramberg-Osgood模型参数,得出基于材料特性的不同等级钢管的失效评定曲线;开展拉伸试验,并结合数字图像相关法(DIC),获取跨焊缝材料不同区域的材料性能,形成基于实测数据的适用于管道环焊缝缺陷评估的失效评定曲线。研究结果表明:当载荷比小于等于0.7时,随着载荷比的增大,不同等级钢管的失效评定曲线接近重合;当载荷比介于0.7和1.0之间时,随着载荷比的增大,高等级钢管的失效评定曲线的安全区域增大,即钢管等级的提升能够提高含缺陷管道的安全裕度;基于实测数据形成的失效评定曲线更能反映材料的性能差异,特别是在管道焊接的低匹配情况下,宜优先采用焊接材料的实测拉伸性能绘制失效评定曲线。

输气管道环焊缝表面裂纹管道极限载荷计算方法

为了便于对天然气长输管道环焊缝缺陷进行准确快速的安全评估,建立了考虑裂纹尖端奇异性的含环焊缝缺陷的有限元模型,计算了不同缺陷尺寸下的管道环焊缝裂纹J积分,分析了焊缝匹配系数及材料硬化指数对J积分的影响,进而研究了基于J积分理论的含缺陷管道的极限载荷影响因素,并在此基础上提出了适用于特定匹配系数和材料硬化指数情况下能够实现J积分及极限载荷快速求解的工程计算公式。研究结果表明:①根据有限元计算结果拟合的工程计算公式具有较高的精度,可以满足较大缺陷几何尺寸范围内J积分求解,实现含环焊缝裂纹缺陷的管道极限载荷求解;②含环焊缝缺陷管道的裂纹J积分与缺陷尺寸、材料属性以及焊缝匹配系数密切相关,含缺陷管道的极限载荷会随着裂纹尺寸的增加而降低,而随着材料硬化指数的增大而增大;③对含环焊缝中心线处表面裂纹的X80钢制管道而言,低匹配焊接管道极限承载能力要弱于高匹配或等匹配焊接管道。结论认为,该研究成果可为现役输气管道的安全评价及完整性管理提供参考。

基于无损检测的输油管道环焊缝缺陷安全评估

输油管道环焊缝开裂可能造成严重的威胁,但漏磁内检测技术难以精确识别及量化环焊缝缺陷。因此,基于漏磁内检测数据结果的适用性评价结果可能存在较大的偏差。为此,对比环焊缝缺陷无损检测结果,分析漏磁内检测环焊缝缺陷的尺寸量化精度,并基于无损检测的缺陷尺寸进行失效评估,结合管道实际运行压力,进行疲劳强度校核。评估结果显示无损检测识别的环焊缝缺陷均满足安全评定要求,不需要修复。

基于能力模型的管道环焊缝缺陷修复制约因素分析及建议

近几年随着国内管道事故频发,管道环焊缝质量问题已经成为管道安全生产的重大隐患,为此国务院安委办、集团公司先后发文要求对已建管道环焊缝进行排查及隐患治理。按照相关工作要求,2019年,管道公司共需开挖验证2620道焊口,截止到6月底管道公司仅完成全年工作量的33%,工作进度缓慢。通过分析管道公司各分公司缺陷修复时间,建立管道公司环焊缝缺陷修复能力模型,分析制约环焊缝工作进度的因素,并提出对应的建议,为后续类似项目提供借鉴和决策依据。

高强度海底管线钢焊接性研究进展

为了降低深水油气田开发的成本,笔者对长距离天然气输送用高强管线钢的焊接性研究进展进行了评述,包括材料、焊接性、焊接工艺等问题。研究表明,采用高强管线钢能够显著降低材料运输、安装等各个环节的成本,采用合适的焊接工艺可获得令人满意的环焊缝接头,但是,在工程应用之前需要重点解决韧性、裂纹和焊接缺陷等关键问题。

超声导波在管道中的传播特性的研究

采用超声导波技术可以对管道进行快速检测,因此工程应用上的前景非常广阔。在长距离管道检测过程中,经常会遇到环形焊缝和弯管,二者对对导波能量的反射较强。当导波能量出现较大衰减时,就会影响其有效检测范围。本文采用纵向和扭转模态导波,对导波在连续穿越七条环形焊缝和一段弯管的传播特性进行了研究,对其在检测凹槽、焊疤、支路等缺陷或管道特征方面的能力进行了对比。结论表明:(1)检测方向上的环形焊缝不超过4个才能充分保证检测结果的可信性。(2)最优频率的选择对非频散波的产生至关重要。

带保温层管道环焊缝射线数字检测研究

针对在役或超期服役的带保温层管道环焊缝,提出利用X射线数字成像的方法解决其缺陷在线检测的问题。其检测结果具有直观化的特点,能够客观地根据缺陷图像特点对缺陷进行判定,有助于管道安全运行的评价和隐患问题的及时发现。

长罐体环焊缝缺陷定量检测技术

针对某长罐体焊缝质量检测的特殊要求,设计了射线探伤确定超标缺陷的平面位置、超声相控阵技术精确定量缺陷深度的方法,解决了在罐体20 mm厚度下实现8 mm厚度检测的质量控制难题。射线检测采用源在内的偏心倾斜透照法,通过优化工艺参数,实现了不低于1%的相对检测灵敏度,底片不清晰度值优于0.2 mm;同时采用超声相控阵一次波检测法,通过对系统性能优化和深度测量的精确标定,解决了超声检测与射线检测的灵敏度匹配与深度测量精度控制问题,实现了0.2 mm的深度定位精度;并在综合验证试验的基础上,在实际应用时采用深度分区判定法,在对缺陷深度精确测量的同时,有效提高了生产效率。

输油管道环焊缝缺陷疲劳寿命评估

采用管道失效评估方法可评估静载荷作用下缺陷是否满足适用要求。但在内压等交变载荷作用下,输油管道环焊缝仍存在疲劳破坏的可能。为评估管道环焊缝缺陷的疲劳寿命,进行管道母材和环焊缝疲劳裂纹扩展速率试验,并分析和统计管道实际运行压力数据以及环焊缝缺陷开挖验证数据,采用BS7910标准方法计算疲劳寿命值。结果显示在仅考虑管道内压波动情况下,管道环焊缝平面型缺陷的疲劳寿命结果满足管道设计使用要求。

环焊缝强度匹配对长输管道性能的影响

环焊缝强度匹配是天然气管道研究与应用的热点问题。介绍了焊接接头匹配性的概念,阐述了不等强匹配对长输管道极限载荷、韧性、残余应力、缺陷容限等的影响,最后提出了在长输管道环焊缝强度匹配领域需要解决的技术问题。

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时钟位置存在坡口未熔合,6:20时钟位置存在根部裂纹,坡口未熔合缺陷产生的原因为填充焊产生的焊渣未清理干净,根部裂纹产生的原因为环焊缝根焊部位应力过大导致开裂。