《管道保護》編輯部： 高鋼級油氣管道是管道領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢。當前，我國高鋼級油氣管道建設規模居世界第一，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)對高鋼級管道環(huán)焊縫問(wèn)題的高度關(guān)注。國外高鋼級管道應用也有環(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》主編朱行之采訪(fǎng)了中國特種設備檢測研究院副院長(cháng)何仁洋博士，就國外高鋼級管道環(huán)焊縫失效現狀、研究進(jìn)展及對我國相關(guān)工作的建議等話(huà)題談了自己的看法，現摘要刊登如下。

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

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

2008－2009年美國在管道建設壓力試驗過(guò)程中發(fā)生多次高鋼級管道環(huán)焊縫開(kāi)裂事件。這些事件存在以下共性特征：①鋼級為X70或X80、且管徑大于DN 500。②失效內壓低于設計工作壓力。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焊前預熱和層間溫度控制不到位。⑤焊后無(wú)損檢測時(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、錯邊等應力集中焊口。美國將這些失效機理歸結為氫致開(kāi)裂（HAC），主要理由是：①采用纖維素焊條，導致焊縫氫含量增加。②無(wú)損檢測時(shí)間不足24 h，導致焊后延遲裂紋未能被檢測出來(lái)。③不等厚過(guò)渡、連頭口、錯邊等原因導致的局部應力集中。隨后美國管道和危險物品安全管理局（PHMSA）發(fā)布了兩份公告，一是要求在鋼管制造過(guò)程中，嚴格控制管材化學(xué)成分、管材屈服和拉伸強度，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)化不等厚接頭設計、減少錯邊量、嚴格焊接及檢測過(guò)程質(zhì)量控制、減少組對及焊接殘余應力等（ADB―10―03公告）。

在采取上述措施后，美國新建高鋼級管道環(huán)焊縫失效事件仍不斷發(fā)生，且呈現出不同的失效特征。比 如， 2014―2015年，美國發(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、強度符合要求；③組對、焊接及檢測符合API 1104―2013要求。④由于地面沉降等因素，導致普遍存在彎曲載荷。⑤焊縫拉伸強度和韌性符合要求，失效為塑性斷裂，而非脆性斷裂。目前分析認為，這6起事件失效的原因主要與焊縫低強匹配、熱影響區軟化和局部附加載荷有關(guān)。主要理由有：①在A(yíng)DB―09―01公告后，鋼管制造企業(yè)嚴格控制管材屈服強度值波動(dòng)范圍，實(shí)際管材屈服強度更接近標準規定上限，導致真實(shí)管材屈服強度遠高于最小屈服強度，造成實(shí)際環(huán)焊縫為低強匹配。②鋼管制造采用低合金化，主要依靠控軋控冷技術(shù)來(lái)保證管材強度，這導致焊縫熱影響區氫致開(kāi)裂敏感性降低、熱影響區軟化敏感性增加。③在管道實(shí)際建造和運行過(guò)程中，軸向應力普遍存在。

問(wèn)：國外高鋼級管道環(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，美國管道行業(yè)19家單位啟動(dòng)工業(yè)聯(lián)合研究項目（JIP），旨在解決高鋼級管道焊接問(wèn)題，完善規范標準，為高鋼級管道工程應用提供支持。同時(shí)國際管道聯(lián)合會(huì )也加大研究力度，針對高鋼級管道擬重新制定拉伸強度測試標準、重新制定屈服強度取值定義、完善焊接缺陷的評價(jià)方法等，希望從技術(shù)上降低環(huán)焊縫失效的風(fēng)險。

目前上述研究還未形成最終結論，但已達成一些共識，主要包括：①現行鋼管制造規范（API 5L）和現場(chǎng)焊接規范（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)際強度過(guò)高，導致真實(shí)焊接接頭為低強匹配，環(huán)焊縫成為最薄弱環(huán)節。③要系統考慮管材煉鋼，鋼管制造，焊接方法及工藝評定，管道設計、安裝及服役條件一致性等諸因素，對管道最終真實(shí)性能和安全的影響。

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

在標準修訂方面，由美國石油工程師學(xué)會(huì )(API)和美國氣體協(xié)會(huì )(AGA)組建的油氣管道現場(chǎng)焊接聯(lián)合技術(shù)委員會(huì )正在考慮對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管材兩部分。②對高鋼級管道的強度匹配、熱影響區軟化問(wèn)題，提出應對措施。③對API 1104―2013的一些模糊、籠統的表述和規定進(jìn)行修改。

問(wèn)：對我國高鋼級管道應用及研究有何建議？

答：從國外研究來(lái)看，高鋼級管道焊接與傳統低鋼級管道焊接存在較大差異、且難度較大。美國高鋼級管道失效案例與我國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，美國的6起失效案例，大多是沿熱影響區的塑性斷裂，而國內幾起事故全部為貫穿焊縫縱斷面的脆性斷裂。當前，我國管道行業(yè)已經(jīng)認識到國內高鋼級管道環(huán)焊縫焊接及檢測方面存在的不足，政府監管部門(mén)對此也非常重視，國務(wù)院領(lǐng)導批示，要求市場(chǎng)監管總局牽頭開(kāi)展高鋼級天然氣輸送管道焊接及檢測標準研究。目前市場(chǎng)監管總局委托中國特檢院牽頭，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)合研究項目組，編制專(zhuān)項研究方案，啟動(dòng)了相關(guān)研究工作。因此，結合國內實(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)，加快高鋼級管道強度匹配、焊接及檢測、基于應變的斷裂評價(jià)等方面的研究工作，揭示失效機理及主要影響因素，優(yōu)化焊接及檢測工藝，完善焊接、缺陷評定、質(zhì)量管控相關(guān)標準規范。

（2）針對在役高鋼級管道，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)險辨識和風(fēng)險評估，按照風(fēng)險評估結果，有序開(kāi)展環(huán)焊縫隱患排查。高風(fēng)險部位要加強地質(zhì)災害管理、應力分析和應力監測，同時(shí)結合高后果區管理等要求，提升風(fēng)險管控和應急處置能力，防范重特大事故發(fā)生。

（3）對新建高鋼級管道工程，首先要提高認識，要按照全生命周期完整性管理的思路，從規劃設計、管材制造、焊接工藝、焊接過(guò)程控制、無(wú)損檢測、施工與設計一致性等方面進(jìn)行優(yōu)化和控制，引入第三方監督機制，加強管道安裝質(zhì)量管控，切實(shí)提升管道本質(zhì)安全水平。

（4）對于高鋼級管材等新材料、新工藝的使用，應按照《特種設備安全法》要求，由監管部門(mén)組織經(jīng)技術(shù)評審合格后，方可投入生產(chǎn)和使用。

簡(jiǎn)介：何仁洋，博士，研究員，中國石油大學(xué)（北京）研究生兼職導師，中國特種設備檢測研究院副院長(cháng)，國家市場(chǎng)監管總局壓力管道安全技術(shù)中心主任，國家市場(chǎng)監管總局油氣管道工程技術(shù)研究中心副主任，“國務(wù)院政府特殊津貼”獲得者。長(cháng)期從事油氣管道等壓力管道安全檢驗檢測評價(jià)技術(shù)服務(wù)工作。主要研究方向為油氣管道失效分析、檢驗監測、腐蝕與防護、風(fēng)險評價(jià)、綠色延壽、完整性管理等安全保障技術(shù)。