天然气长输管道焊口开裂泄漏原因

2010年第 29卷第 12期 油气储运 Oil& Gas Storage and T ranspo rtation www. yqcy. ne t 天然气长输管道焊口开裂泄漏原因 常兴 (中国石化天然气分公司 ) 常兴. 天然气长输管道焊口开裂泄漏原因.油气储运, 2010, 29( 12): 910 912. 摘要: 某天然气长输管道在管道穿越处出土端发生焊口开裂泄漏, 根据 GB50251- 20035输气 管道工程规范6对管道的工程设计、和生产运行等 3个阶段进行校核,并结合定向钻 穿越出土点的地质特征, 对该天然气长输管道焊口开裂泄漏原因进行排查和分析。结果表明: 管道 的工程设计和施工都符合相关规范,而在生产运行过程中, 工作压力波动、高速流体冲击、管内介质 温度变化以及管道形变等因素可能导致局部应力集中,并在焊口的薄弱环节发生应力疲劳开裂,从 而造成泄漏事故。 主词:天然气长输管道;焊口;开裂;泄漏;管道穿越 1焊口开裂前后的管道状态 某天然气长输管道长 249 km, 设计年输气量为 3 @ 1010 m3,设计压力 6. 3M Pa, 管道采用 <711 @ 8、 <711 @ 10、<711 @ 11、<711 @ 14. 2和 <711 @ 18五 种规格。管材选用 L415螺旋缝埋弧焊钢管和直缝 埋弧焊钢管, 管道防腐采用三层 PE外防腐涂层加 电流阴极保护联合的方式, 管道沿线无系统增压站 和调峰设施。管道投产运行期间设定的运行参数: 首站出站压力范围为 3. 0~ 5. 0M Pa, 出站温度范围 为 - 4~ 6 e ;末站出站压力范围为 2. 9~ 4. 8 MPa, 出站温度范围为 8~ 20 e ;管道流量为 100 @ 104 ~ 300 @ 104 m3 /d。 2007年管道运行最高压力为 5. 16M Pa,最高温 度为 23 e , 最高瞬时气量为 183 330 m3 /h, 最低运 行压力为 2. 62M Pa,最低温度为 - 2 e ,最低瞬时气 量为 41 597m3 /h。对管道运行参数进行抽查, 结果 (表 1)显示管道一直处于安全运行状态。 2008年某日 17: 00左右, 该管道漳卫新河西 300 m处出现焊口开裂泄漏, 泄漏发生时管道上方 覆土冻结。首站停止供气后, 相距 22 km的 7号阀 室和 8号阀室相继关闭干线阀门, 之后进行阀室放 空,当阀室压力从 4. 16M Pa下降到 0. 4M Pa后停止 放空作业。 表 1 某管道运行参数抽查结果 日期 安平首站 出站 压力 /M Pa 出站 温度 /e 平均 流量 /( 104 m3# d- 1 ) 德州分输站 出站 压力 /M Pa 出站 温度 /e 平均 流量 /( 104 m3# d- 1 ) 济南末站 出站 压力 /MPa 出站 温度 /e 平均 流量 /( 104 m3 # d- 1 ) 2006-12-30 3. 23 1. 3 105. 202 - - 105. 202 - - 105. 202 2007-01-30 3. 02 - 1. 0 120. 356 2. 98 - 0. 2 120. 356 2. 97 10. 0 120. 356 2007-08-15 3. 30 5. 7 141. 030 3. 26 19. 0 141. 030 3. 25 25. 0 141. 030 2008-01-15 3. 90 - 1. 3 292. 730 3. 70 - 5. 0 292. 730 3. 59 10. 3 292. 730 2008-02-06 4. 90 - 0. 1 252. 923 4. 81 - 5. 7 252. 923 4. 76 9. 0 252. 923 2008-02-14 3. 47 - 3. 5 278. 586 3. 26 - 4. 3 278. 586 3. 16 8. 6 278. 586 2焊口开裂泄漏处的管段情况 管道穿越位于德州市以北约 10 km,从一大型 煤灰场东北方向通过, 在管道折点桩 Q 211G ~ Q213G之间。穿越处为两个鱼塘, 穿越距离约为 770 m。在管道施工进行定向钻时水塘内有积水, 作者简介:常兴,高级工程师, 1971年生, 1994年毕业于承德石油高等专科学校焊接工艺及设备专业,现主要从事天然气工程建设的管理工 作。电话: 010-51586685。 E-ma i:l gasbook@ 163. com 设计计算 910 2010年第 29卷第 12期 油气储运 Oil& Gas Storage and T ranspo rtation www. yqcy. ne t 焊口开裂泄漏时水塘已干涸。焊口开裂泄漏发生在 定向钻管道 ( <711 @ 18, 770 m )出土端和地面弹性 敷设的冷弯管 ( <711 @ 14. 2, 10b)相接的第 1道焊 口,冷弯管另一端依次焊接 3段直管后, 又连接一热 煨弯头 (第 5道焊口 )。泄漏点长约 120mm, 最宽处 约 2mm(图 1)。 图 1 管道焊口开裂泄漏处的地理环境 管道施工单位资质均符合要求, 各个施工环节 均按要求完成。定向钻施工机具为美国产 VER- MEER D200 @ 300钻机, 美国 SHARE-WELL控向 仪,进口威猛化学泥浆, 膨润钠土。管道规格为 <1711 @ 18主管以及 <189 @6光缆管。设计穿越深 度为 16. 8m,实际穿越深度为 16. 8 m,设计入土角 为 10b,设计出土角为 8b,实际入土角为 9. 9b、出土 角为 7. 4b。主管钻为 <175导向孔, <700、<1 100、 <1 100孔径 3次扩孔。 管道采用纤维素焊条焊接,焊接方法为根焊一 次 ( E6010) ,填充焊 2次,盖面焊 1次 ( E8010) ;焊接 当日多云天气,温度为 26~ 35 e 。管道无损检测使 用WZP - IIG型内爬行器射线探伤, 探伤机头为 XXH- 2005型 X射线 (内透 ) , 检测评片结果为合 格口 ( Ñ级 ) ,同时,用超声波进行 100%复探, 结果合格。泄漏点所在的 Q86桩 ~ Q 221桩水压试 验段长度为 22. 3 km, 泄漏点位于该段的 Q212桩。 水压试验压力为 7. 88MPa,稳压 4 h;严密性试验压 力为 6. 3 M Pa, 稳压 24 h。试压结果为无泄漏、无 压降。 3焊口开裂原因分析 根据文献 [ 1]校核验证该穿越工程的结构设 计,分别对管道壁厚、环向应力、轴向应力、弯曲应力 和当量应力进行核算验证。 3. 1穿越结构设计核算 管道的强度设计包括壁厚设计、管材选择和应 力校核计算。穿越段管材为 L415, 按下式计算许用 应力为 249MPa。 R =K 计划

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