《管道保護(hù)》編輯部： 高鋼級(jí)油氣管道是管道領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)前，我國(guó)高鋼級(jí)油氣管道建設(shè)規(guī)模居世界第一，發(fā)展成就舉世矚目。但近年來(lái)發(fā)生的幾起管道事故，引起行業(yè)對(duì)高鋼級(jí)管道環(huán)焊縫問(wèn)題的高度關(guān)注。國(guó)外高鋼級(jí)管道應(yīng)用也有環(huán)焊縫失效的案例，并開(kāi)展了相關(guān)研究。他山之石，可以攻玉。為此，《管道保護(hù)》主編朱行之采訪了中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院副院長(zhǎng)何仁洋博士，就國(guó)外高鋼級(jí)管道環(huán)焊縫失效現(xiàn)狀、研究進(jìn)展及對(duì)我國(guó)相關(guān)工作的建議等話題談了自己的看法，現(xiàn)摘要刊登如下。

問(wèn)：國(guó)外高鋼級(jí)管道環(huán)焊縫有無(wú)失效案例？原因是什么？

答：高鋼級(jí)管道環(huán)焊縫失效問(wèn)題，在10年前就引起美國(guó)管道行業(yè)的高度重視。

2008－2009年美國(guó)在管道建設(shè)壓力試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生多次高鋼級(jí)管道環(huán)焊縫開(kāi)裂事件。這些事件存在以下共性特征：①鋼級(jí)為X70或X80、且管徑大于DN 500。②失效內(nèi)壓低于設(shè)計(jì)工作壓力。③失效焊縫根焊和熱焊采用纖維素焊條焊接或是經(jīng)過(guò)返修的自動(dòng)焊焊縫。④焊前預(yù)熱和層間溫度控制不到位。⑤焊后無(wú)損檢測(cè)時(shí)間不足24 h，大部分焊縫存在延遲裂紋。⑥多為不等厚過(guò)渡、連頭口、錯(cuò)邊等應(yīng)力集中焊口。美國(guó)將這些失效機(jī)理歸結(jié)為氫致開(kāi)裂（HAC），主要理由是：①采用纖維素焊條，導(dǎo)致焊縫氫含量增加。②無(wú)損檢測(cè)時(shí)間不足24 h，導(dǎo)致焊后延遲裂紋未能被檢測(cè)出來(lái)。③不等厚過(guò)渡、連頭口、錯(cuò)邊等原因?qū)е碌木植繎?yīng)力集中。隨后美國(guó)管道和危險(xiǎn)物品安全管理局（PHMSA）發(fā)布了兩份公告，一是要求在鋼管制造過(guò)程中，嚴(yán)格控制管材化學(xué)成分、管材屈服和拉伸強(qiáng)度，縮小材料成分及性能波動(dòng)范圍（ADB―09―01公告）；二是要求在管道安裝過(guò)程中，優(yōu)化不等厚接頭設(shè)計(jì)、減少錯(cuò)邊量、嚴(yán)格焊接及檢測(cè)過(guò)程質(zhì)量控制、減少組對(duì)及焊接殘余應(yīng)力等（ADB―10―03公告）。

在采取上述措施后，美國(guó)新建高鋼級(jí)管道環(huán)焊縫失效事件仍不斷發(fā)生，且呈現(xiàn)出不同的失效特征。比 如， 2014―2015年，美國(guó)發(fā)生典型管道環(huán)焊縫失效事件6起，其中4起發(fā)生在服役初期、 2起發(fā)生在水壓試驗(yàn)期間； 2起為高頻電阻焊鋼管、 4起為螺旋縫埋弧焊鋼管； 1起為材質(zhì)X52， 4起為材質(zhì)X70， 1起為X70―X80過(guò)渡焊。 X70管道的4起失效焊口全部采用手工電弧焊焊接， X70―X80過(guò)渡失效焊口為藥芯焊絲填充和蓋面。這6起失效事件，具有以下共同特征：①其中5起不存在焊接缺陷。②鋼管化學(xué)成分、強(qiáng)度符合要求；③組對(duì)、焊接及檢測(cè)符合API 1104―2013要求。④由于地面沉降等因素，導(dǎo)致普遍存在彎曲載荷。⑤焊縫拉伸強(qiáng)度和韌性符合要求，失效為塑性斷裂，而非脆性斷裂。目前分析認(rèn)為，這6起事件失效的原因主要與焊縫低強(qiáng)匹配、熱影響區(qū)軟化和局部附加載荷有關(guān)。主要理由有：①在ADB―09―01公告后，鋼管制造企業(yè)嚴(yán)格控制管材屈服強(qiáng)度值波動(dòng)范圍，實(shí)際管材屈服強(qiáng)度更接近標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定上限，導(dǎo)致真實(shí)管材屈服強(qiáng)度遠(yuǎn)高于最小屈服強(qiáng)度，造成實(shí)際環(huán)焊縫為低強(qiáng)匹配。②鋼管制造采用低合金化，主要依靠控軋控冷技術(shù)來(lái)保證管材強(qiáng)度，這導(dǎo)致焊縫熱影響區(qū)氫致開(kāi)裂敏感性降低、熱影響區(qū)軟化敏感性增加。③在管道實(shí)際建造和運(yùn)行過(guò)程中，軸向應(yīng)力普遍存在。

問(wèn)：國(guó)外高鋼級(jí)管道環(huán)焊縫相關(guān)研究進(jìn)展如何？

答：為了研究和解決環(huán)焊縫失效問(wèn)題，美國(guó)管道行業(yè)19家單位啟動(dòng)工業(yè)聯(lián)合研究項(xiàng)目（JIP），旨在解決高鋼級(jí)管道焊接問(wèn)題，完善規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，為高鋼級(jí)管道工程應(yīng)用提供支持。同時(shí)國(guó)際管道聯(lián)合會(huì)也加大研究力度，針對(duì)高鋼級(jí)管道擬重新制定拉伸強(qiáng)度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、重新制定屈服強(qiáng)度取值定義、完善焊接缺陷的評(píng)價(jià)方法等，希望從技術(shù)上降低環(huán)焊縫失效的風(fēng)險(xiǎn)。

目前上述研究還未形成最終結(jié)論，但已達(dá)成一些共識(shí)，主要包括：①現(xiàn)行鋼管制造規(guī)范（API 5L）和現(xiàn)場(chǎng)焊接規(guī)范（API 1104）不能保證真實(shí)環(huán)焊縫具有良好的塑性。②管材實(shí)際強(qiáng)度過(guò)高，導(dǎo)致真實(shí)焊接接頭為低強(qiáng)匹配，環(huán)焊縫成為最薄弱環(huán)節(jié)。③要系統(tǒng)考慮管材煉鋼，鋼管制造，焊接方法及工藝評(píng)定，管道設(shè)計(jì)、安裝及服役條件一致性等諸因素，對(duì)管道最終真實(shí)性能和安全的影響。

此外，美國(guó)愛(ài)迪生焊接研究所在2006年的一份研究報(bào)告中指出：①X80/X100焊接接頭設(shè)計(jì)應(yīng)采用過(guò)強(qiáng)匹配原則，為確保焊縫實(shí)際強(qiáng)度高于母材強(qiáng)度，工程中會(huì)選擇更高等級(jí)的焊材，即X80選擇X90，甚至X100鋼級(jí)的焊材，如X80選擇E9018M或E101T1 ―GM等焊材，這種方法提高了焊縫強(qiáng)度，但往往導(dǎo)致韌性下降。②X80/X100焊縫的實(shí)際屈服強(qiáng)度、韌性對(duì)焊接冷卻速度(與焊接線能量、預(yù)熱溫度、預(yù)熱溫度和層間溫度等有關(guān))極為敏感，冷卻速度的細(xì)微變化，可能會(huì)導(dǎo)致焊縫強(qiáng)度和韌性發(fā)生較大變化，有可能造成實(shí)際焊縫呈低強(qiáng)匹配，也有可能造成焊縫高強(qiáng)度、低韌性。因此，高鋼級(jí)管道焊接過(guò)程控制要非常嚴(yán)格，且非常重要。

在標(biāo)準(zhǔn)修訂方面，由美國(guó)石油工程師學(xué)會(huì)(API)和美國(guó)氣體協(xié)會(huì)(AGA)組建的油氣管道現(xiàn)場(chǎng)焊接聯(lián)合技術(shù)委員會(huì)正在考慮對(duì)API 1104進(jìn)行修訂、改版。此次修訂的重大變化有：①可能將API 1104進(jìn)行拆分，分為普通管材和高鋼級(jí)管材兩部分。②對(duì)高鋼級(jí)管道的強(qiáng)度匹配、熱影響區(qū)軟化問(wèn)題，提出應(yīng)對(duì)措施。③對(duì)API 1104―2013的一些模糊、籠統(tǒng)的表述和規(guī)定進(jìn)行修改。

問(wèn)：對(duì)我國(guó)高鋼級(jí)管道應(yīng)用及研究有何建議？

答：從國(guó)外研究來(lái)看，高鋼級(jí)管道焊接與傳統(tǒng)低鋼級(jí)管道焊接存在較大差異、且難度較大。美國(guó)高鋼級(jí)管道失效案例與我國(guó)中緬天然氣管道事故、泰青威管道事故有相似之處，但也不完全相同。比如， 2010 年以后，美國(guó)的6起失效案例，大多是沿?zé)嵊绊憛^(qū)的塑性斷裂，而國(guó)內(nèi)幾起事故全部為貫穿焊縫縱斷面的脆性斷裂。當(dāng)前，我國(guó)管道行業(yè)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到國(guó)內(nèi)高鋼級(jí)管道環(huán)焊縫焊接及檢測(cè)方面存在的不足，政府監(jiān)管部門對(duì)此也非常重視，國(guó)務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)批示，要求市場(chǎng)監(jiān)管總局牽頭開(kāi)展高鋼級(jí)天然氣輸送管道焊接及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)研究。目前市場(chǎng)監(jiān)管總局委托中國(guó)特檢院牽頭，聯(lián)合高校、研究院所和中石油、中石化、中海油等相關(guān)單位，組建了聯(lián)合研究項(xiàng)目組，編制專項(xiàng)研究方案，啟動(dòng)了相關(guān)研究工作。因此，結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，建議做好以下工作。

（1）集中全行業(yè)力量開(kāi)展聯(lián)合攻關(guān)，加快高鋼級(jí)管道強(qiáng)度匹配、焊接及檢測(cè)、基于應(yīng)變的斷裂評(píng)價(jià)等方面的研究工作，揭示失效機(jī)理及主要影響因素，優(yōu)化焊接及檢測(cè)工藝，完善焊接、缺陷評(píng)定、質(zhì)量管控相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

（2）針對(duì)在役高鋼級(jí)管道，首先要考慮原焊接工藝、施工質(zhì)量、失效案例等因素，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，按照風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，有序開(kāi)展環(huán)焊縫隱患排查。高風(fēng)險(xiǎn)部位要加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害管理、應(yīng)力分析和應(yīng)力監(jiān)測(cè)，同時(shí)結(jié)合高后果區(qū)管理等要求，提升風(fēng)險(xiǎn)管控和應(yīng)急處置能力，防范重特大事故發(fā)生。

（3）對(duì)新建高鋼級(jí)管道工程，首先要提高認(rèn)識(shí)，要按照全生命周期完整性管理的思路，從規(guī)劃設(shè)計(jì)、管材制造、焊接工藝、焊接過(guò)程控制、無(wú)損檢測(cè)、施工與設(shè)計(jì)一致性等方面進(jìn)行優(yōu)化和控制，引入第三方監(jiān)督機(jī)制，加強(qiáng)管道安裝質(zhì)量管控，切實(shí)提升管道本質(zhì)安全水平。

（4）對(duì)于高鋼級(jí)管材等新材料、新工藝的使用，應(yīng)按照《特種設(shè)備安全法》要求，由監(jiān)管部門組織經(jīng)技術(shù)評(píng)審合格后，方可投入生產(chǎn)和使用。

簡(jiǎn)介：何仁洋，博士，研究員，中國(guó)石油大學(xué)（北京）研究生兼職導(dǎo)師，中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院副院長(zhǎng)，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管總局壓力管道安全技術(shù)中心主任，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管總局油氣管道工程技術(shù)研究中心副主任，“國(guó)務(wù)院政府特殊津貼”獲得者。長(zhǎng)期從事油氣管道等壓力管道安全檢驗(yàn)檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)服務(wù)工作。主要研究方向?yàn)橛蜌夤艿朗�效分析、檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)、腐蝕與防護(hù)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、綠色延壽、完整性管理等安全保障技術(shù)。