CN111929147B - 油气管道环焊缝缺陷修复用b型套筒承载能力检验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了油气管道环焊缝缺陷修复用B型套筒承载能力检验方法，属于油气输送管道领域。油气管道环焊缝缺陷修复用B型套筒承载能力检验方法，包括以下操作：一、对有环焊缝的管道采用B型套筒修复，封堵两端，之后进行静水压试验；二、对有环焊缝的管道进行带压三点弯曲试验，得到外加载荷的最大值F；之后对相同参数的管道采用B型套筒修复后，封堵两端后，施加外部载荷F₁进行带压三点弯曲试验。本发明的检测方法，既能够检测B型套筒修复后的管道的内压承载能力，还能检测在内压存在的时候对弯曲载荷的承载能力。

Description

油气管道环焊缝缺陷修复用B型套筒承载能力检验方法

技术领域

本发明属于油气输送管道领域，尤其是油气管道环焊缝缺陷修复用B型套筒承载能力检验方法。

背景技术

管道输送是石油、天然气最经济、最方便、最主要的运输方式之一，具有成本低、运量大、占地少、安全可靠、自动化程度高、劳动生产效率高等优点，在国民经济中占有极为重要的战略地位，广泛用于工业、民用等领域，被誉为国民经济生命线。

目前国内服役运行的油气管道约14万公里，随着油气管道运行时间的延长，管道外部环境的干扰、腐蚀，管材和施工质量等原因导致管道失效事故时有发生，从而引起火灾、爆炸，会造成巨大的经济损失、人员伤亡和环境污染等灾难性后果，这严重影响了社会经济的平稳运行，危及到人们的生命安全。

为了避免更多的管道事故发生，在管道日常的维护过程中发现缺陷应会及时处理或修复，在众多的修复方法中，复合材料、A型套套筒(如图1(a)所示) 以及环氧钢套筒等修复方法仅能承受管道由于内压产生的环向载荷，且修复补强效果不是很明显。此外，上述修复方法对于轴向载荷或弯曲载荷作用甚微，且密封性较差，如果主体管道泄漏后，有可能会从套筒边缘处泄漏。

而B型套筒修复方法(如图1(b)、图2所示)不仅能承受内压环向载荷而且还可以承受轴向及弯曲载荷，由于端部为焊接方式，其密封性较好，因此，在国内外相关修复规范和标准中，B型套筒修复的缺陷种类最多，甚至可以修复泄露缺陷，且均为永久性修复。此外，B型套筒还可以永久性修复环焊缝缺陷。

目前，API1104-2013《Welding of pipelines and related facilities》、 GB/T36701-2018《埋地钢制管道管体缺陷修复指南》、GB/T 31032-2014《钢质管道焊接及验收》等相关标准规定：管道在役焊接前，应根据管道材料、运行参数以及焊接材料等信息进行焊接工艺评定。焊接工艺评定试验仅对B型套筒纵焊缝、角焊缝的力学性能进行了检验验证，验证项目有：为检验角焊缝中是否具有宏观缺陷而实施的角焊缝的刻槽锤断，为检验角焊缝部位管道受热后母材塑性而实施的角焊缝面弯试验管道，为检验焊缝的强度而实施的纵焊缝拉伸性能。

从管道失效的现状来看，管道失效大部分与环焊缝内在缺陷和外部载荷有关，如地质灾害导致的管道外部轴向载荷或弯曲载荷。因此管道缺陷的修复的目的是：修复部位除承受内压载荷外，还应具备承受轴向载荷或弯曲载荷的能力，应确保缺陷部位修复之后和完好的管道环焊缝承载能力相当。

虽然在B型套筒焊接工艺评定过程中对焊缝进行了相关的力学性能检验，然而对于B型套筒修复后的总体的承载能力(如内压载荷、弯曲载荷)检验暂无相关的标准和方法。

发明内容

本发明的目的在于克服B型套筒修复后的承载能力暂无检验手段的缺点，提供一种油气管道环焊缝缺陷修复用B型套筒承载能力检验方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

油气管道环焊缝缺陷修复用B型套筒承载能力检验方法，包括以下操作：

一、对有环焊缝的管道采用B型套筒修复，封堵两端，之后进行静水压试验；

二、对有环焊缝的管道进行带压三点弯曲试验，得到外加载荷的最大值F；

之后对相同参数的管道采用B型套筒修复后，封堵两端后，施加外部载荷 F₁进行带压三点弯曲试验；

所述外部载荷F₁的最大值由公式(3)计算得到：

式中：F-环焊缝管道三点弯曲试验时的最大外部载荷；L-环焊缝管道三点弯曲试验时的力臂，单位mm；L₁-B型套筒修复的管道三点弯曲试验时的力臂，单位mm；

外加载荷的最大值F为管道弯曲最大正应力达到管道最小屈服强度的0.9倍时施加的外加载荷，由公式(2)计算得到：

式中：W-抗弯截面系数，Do-管道外径，单位mm；Di- 管道内径，单位mm；[σ]＝0.9σ_s，单位MPa；σ_s-管道最小屈服强度，单位MPa； L-力臂，单位mm；

在对有环焊缝的管道进行带压三点弯曲试验的过程中，若施加载荷未达到外加载荷的最大值F而发生管道破损，则将破损时施加的外加载荷作为外加载荷的最大值F。

进一步的，进行静水压试验的具体操作为：

1)在试验开始前，对所述管道进行无损检测，通过检测后记录检测结果；

2)将管道两端进行封堵，在管道上开设进水口和排气口；

3)将静水压系统与进水口相连通，对管道充水，直至充满水后封堵排气口；

4)对管道进行打压，最大压力P由公式计算得到，达到最大压力后稳压预设时间段；在静水压试验过程中，观测B型套筒是否存在泄露现象，记录试验过程中的水压曲线；试验结束后，对所述管道进行无损检测；

式中：S-环向应力，为管道最小屈服强度的0.9倍，单位MPa；t-管道壁厚，单位mm；D-管道外径，单位mm；

5)结合观测结果和水压曲线，进行结果判定；

若静水压试验过程中B型套筒不存在泄露，在保压时间段内压降不超过0.5 MPa，无损检测结果与试验之前的无损检测结果相同，则试验结果合格；

否则，试验结果不合格。

进一步的，步骤5)中还将试验前后的变形量作为判定条件，若试验前后的变形量不小于预设值，则试验结果不合格。

进一步的，对有环焊缝的管道进行带压三点弯曲试验的具体操作为：

1)将有环焊缝的管道两端进行封堵；

2)在管道上开设进水口和排气口；

3)将静水压系统与进水口相连通，对管道内充水，直至充满水后封堵排气口；

4)对管道进行打压，直至到达管道的设计压力，之后对管道进行带压三点弯曲试验；

5)将管道两端置于支架上，增加外部载荷到管道的中间位置，直至管道破损或外部载荷到达最大值F，将破损时的外部载荷或外加载荷的最大值F作为F。

进一步的，对相同参数的管道采用B型套筒修复后施加外部载荷F₁进行带压三点弯曲试验的具体操作为：

1)将具有穿透型缺陷的环焊缝采用B套管进行修复后，封堵两端，进行无损检测；

2)在所述管道上开设进水口和排气口；

3)将静水压系统与进水口相连通，对管道内充水，直至管道内充满水时封堵排气口；

4)对管道进行打压，直至到达管道设计压力；

5)对管道进行带压三点弯曲试验，将管道的两端置于支架上，缓慢增加载荷到管道的中间位置，直至到达F₁，稳压、稳载预设时间段后，观测是否存在泄漏现象，试验结束后进行无损检测；

6)结合观测结果和无损检测对结果进行判定，若试验过程中B型套筒不存在泄露，无损检测结果与试验之前的无损检测结果相同，则试验结果合格；

否则，试验结果不合格。

进一步的，所述环焊缝位于管道的中间位置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的油气管道环焊缝缺陷修复用B型套筒承载能力检验方法，既能够检测B型套筒修复后的管道的内压承载能力，还能检测在内压存在的时候对弯曲载荷的承载能力，而这种检测数据更能指导实际工作。现有的标准仅对在既定的焊接工艺下的套筒角焊缝、纵焊缝进行了相关的力学性能，但整个套筒结构的实物承载能力是个未知数，本发明以完整管道实际承载能力为出发点，提出了B型套筒承载能力检验方法，从而可以检验B型套筒焊接结构的实物承载能力，验证经套筒修复后的管道实物承载能力与完整管道承载能力水平一样，并可以起到永久修复的作用，指导管道缺陷修复用B型套筒的实物质量控制。

附图说明

图1为管道套筒的结构示意图，其中，图1(a)为A型套筒，图1(b)为 B型套筒；

图2为开设有进水口、排气口的B型套筒的截面图；

图3为本发明的B型套筒纯内压承载能力的测试示意图；

图4为本发明的带环焊缝的管道三点弯曲试验开始时的示意图；

图5为本发明的带环焊缝的管道三点弯曲试验进行中的结构示意图；

图6为本发明的B型套修复环焊缝穿透性缺陷管道三点弯曲试验开始时的示意图。

其中：1-管道；2-角焊缝；3-环焊缝；4-进水口；5-排气口；6-套筒；7-支架； 8-穿透性缺陷。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明的油气管道环焊缝缺陷修复用B型套筒承载能力检验方法，包括B 型套筒修复的管道的纯内压承载检验、内压+弯曲载荷检验，具体实施方式为：

一、内压载荷检验的实施方式，包括以下步骤：

选取一段带有穿透型环焊缝缺陷的管道，穿透型缺陷8可以是自然缺陷也可以是人工缺陷，管道长度不小于管道外径的10倍，环焊缝在长度上位于中间位置；

采用B型套筒对环焊缝缺陷进行修复，修复后管道的结构示意图见图2；

在焊接修复完成48小时后对B型套筒管体及焊缝(纵焊和角焊缝)的几何尺寸进行测量并记录数据；采用无损探伤(磁粉、超声波等)对所有B型套筒焊缝进行检测，确保所有焊缝无相关缺陷；

将管道两端面进行焊接封堵，确保静水压试验过程封堵部位不会出现泄露；

在管道上开设进水口4和排气口5，此时管道的结构示意图见图3；

将静水压系统与管道进水口4相连接，对管道充水，排气口5排除管道内部空气，充满水后封堵排气口5；

对管道进行打压，最大压力值由公式(1)计算得到，达到最大压力后稳压 30min，在静水压试验过程中，观测B型套筒是否存在泄露现象并记录试验过程水压曲线，试验结束后对B型套筒的几何尺寸进行测量并进行无损探伤；

式中：S-环向应力，为管道最小屈服强度的0.9倍，单位MPa；t-管道壁厚，单位mm；D-管道外径，单位mm。

静水压试验检测结果判定：若静水压试验过程中B型套筒不存在泄露现象，在保压的30min内压降不超过0.5MPa，且水压试验后B型套筒不存在宏观的变形，无损检测结果与水压试验之前的无损检测结果一致，即无缺陷萌生或缺欠扩展，则试验结果合格，否则，试验结果合格。

二、内压+弯曲载荷测试方法的实施方式，包括以下步骤：

2.1)环焊缝连接的管道的内压+弯曲载荷测试方法

选取一段管道，该管道由合格环焊缝连接，环焊缝位于管道的中间位置，管道长度不小于10倍管径；

在管道上开设进水口4和排气口5，将管道两端进行焊接封堵，确保静水压试验过程封堵部位不会出现泄露；

将静水压系统与进水口4相连接，对管道内充水，排气口5排除管道内部空气，水充满后封堵排气口5；

对管道进行打压，打压压力P为管道设计压力，到达设计压力后，对整个管道进行带压三点弯曲试验；

将管道两端置于支架7上，外部载荷F施加管道中间位置，缓慢增加外部载荷F，试验开始前管道结构如图4所示，此时刚施加外力，管道还未发生变形；试验过程中管道如图5所示，在外力的作用下已经发生弯曲，当管道破损(压溃、环焊缝泄露或断裂等)时记录外加载荷F；

若在施压的过程中管道一直未破损，当在外加载荷F下管道弯曲正应力最大值达到管道最小屈服强度的0.9倍时，稳压、稳载10min，对应的F值由公式(2) 计算得到：

式中：W-抗弯截面系数，Do-管道外径，单位mm；Di- 管道内径，单位mm；[σ]＝0.9σ_s，单位MPa；σ_s-管道最小屈服强度，单位MPa； L-力臂，单位mm。

2.2)B型套筒的管道的内压+弯曲载荷测试方法

选取与上述相同规格、相同材质的管道，该管道由环焊缝连接，环焊缝上存在穿透型缺陷8，穿透型缺陷8可以是自然缺陷，也可以是人工缺陷；环焊缝位于管道的中间位置，管道长度不小于10倍管径；采用B型套筒对具有环焊缝缺陷的管道进行修复，且环焊缝中心位于B型套筒长度中心部位；焊接修复完成 48小时后采用无损探伤对B型套筒焊缝进行检测，确保所有焊缝无相关缺陷；

将管道两端进行焊接封堵，确保静水压试验过程封堵部位不会出现泄露；在上述管道上开设进水口4和排气口5；

将静水压系统与采用B型套筒修复的管道进水口4相连接，对管道内充水，排气口5在此过程中排除管道内部空气，水充满后封堵排气口5；

对采用B型套筒修复的管道进行打压，打压压力P为管道设计压力；

当管道压力到达设计压力时，对整个管道进行带压三点弯曲试验，将管道两端置于支架7上，外部载荷F₁施加在管道中间位置，此时，见图6所示，管道还未开始变形；缓慢增加外部载荷F₁，其最大值由公式(3)计算得到：

式中：F-管道三点弯曲试验时所记录得外部载荷；L-管道三点弯曲试验时的力臂，单位mm；L₁-B型套筒所修复的管道三点弯曲试验时的力臂，单位mm。

当外部载荷F₁达到最大值后，稳压、稳载10min，观测B型套筒是否存在泄漏现象，试验结束后对B型套筒焊缝进行无损检测。

检测判定：若水压试验过程中B型套筒不存在泄漏现象，无损检测结果与水压试验前无损检测结果一致，即无缺陷萌生或缺欠扩展，则试验结果合格，否则，试验结果不合格。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.油气管道环焊缝缺陷修复用B型套筒承载能力检验方法，其特征在于，包括以下操作：

一、对有环焊缝的管道采用B型套筒修复，封堵两端，之后进行静水压试验；

二、对有环焊缝的管道进行带压三点弯曲试验，得到外加载荷的最大值F；

之后对相同参数的管道采用B型套筒修复后，封堵两端后，施加外部载荷F₁进行带压三点弯曲试验；

所述外部载荷F₁的最大值由公式(3)计算得到：

式中：F-环焊缝管道三点弯曲试验时的最大外部载荷；L-环焊缝管道三点弯曲试验时的力臂，单位mm；L₁-B型套筒修复的管道三点弯曲试验时的力臂，单位mm；

外加载荷的最大值F为管道弯曲最大正应力达到管道最小屈服强度的0.9倍时施加的外加载荷，由公式(2)计算得到：

式中：W-抗弯截面系数，

Do-管道外径，单位mm；Di-管道内径，单位mm；[σ]＝0.9σ_s，单位MPa；σ_s-管道最小屈服强度，单位MPa；L-力臂，单位mm；

在对有环焊缝的管道进行带压三点弯曲试验的过程中，若施加载荷未达到外加载荷的最大值F而发生管道破损，则将破损时施加的外加载荷作为外加载荷的最大值F。

2.根据权利要求1所述的油气管道环焊缝缺陷修复用B型套筒承载能力检验方法，其特征在于，进行静水压试验的具体操作为：

1)在试验开始前，对所述管道进行无损检测，通过检测后记录检测结果；

2)将管道两端进行封堵，在管道上开设进水口(4)和排气口(5)；

3)将静水压系统与进水口(4)相连通，对管道充水，直至充满水后封堵排气口(5)；

4)对管道进行打压，最大压力P由公式(1)计算得到，达到最大压力后稳压预设时间段；在静水压试验过程中，观测B型套筒是否存在泄露现象，记录试验过程中的水压曲线；试验结束后，对所述管道进行无损检测；

式中：S-环向应力，为管道最小屈服强度的0.9倍，单位MPa；t-管道壁厚，单位mm；D-管道外径，单位mm；

5)结合观测结果和水压曲线，进行结果判定；

若静水压试验过程中B型套筒不存在泄露，在保压时间段内压降不超过0.5MPa，无损检测结果与试验之前的无损检测结果相同，则试验结果合格；

否则，试验结果不合格。

3.根据权利要求2所述的油气管道环焊缝缺陷修复用B型套筒承载能力检验方法，其特征在于，步骤5)中还将试验前后的变形量作为判定条件，若试验前后的变形量不小于预设值，则试验结果不合格。

4.根据权利要求1所述的油气管道环焊缝缺陷修复用B型套筒承载能力检验方法，其特征在于，对有环焊缝的管道进行带压三点弯曲试验的具体操作为：

1)将有环焊缝的管道两端进行封堵；

2)在管道上开设进水口(4)和排气口(5)；

3)将静水压系统与进水口(4)相连通，对管道内充水，直至充满水后封堵排气口(5)；

4)对管道进行打压，直至到达管道的设计压力，之后对管道进行带压三点弯曲试验；

5)将管道两端置于支架(7)上，增加外部载荷到管道的中间位置，直至管道破损或外部载荷到达最大值F，将破损时的外部载荷或外加载荷的最大值F作为F。

5.根据权利要求1所述的油气管道环焊缝缺陷修复用B型套筒承载能力检验方法，其特征在于，对相同参数的管道采用B型套筒修复后施加外部载荷F₁进行带压三点弯曲试验的具体操作为：

1)将具有穿透型缺陷的环焊缝采用B套管进行修复后，封堵两端，进行无损检测；

2)在所述管道上开设进水口(4)和排气口(5)；

3)将静水压系统与进水口(4)相连通，对管道内充水，直至管道内充满水时封堵排气口(5)；

4)对管道进行打压，直至到达管道设计压力；

5)对管道进行带压三点弯曲试验，将管道的两端置于支架(7)上，缓慢增加载荷到管道的中间位置，直至到达F₁，稳压、稳载预设时间段后，观测是否存在泄漏现象，试验结束后进行无损检测；

6)结合观测结果和无损检测对结果进行判定，若试验过程中B型套筒不存在泄露，无损检测结果与试验之前的无损检测结果相同，则试验结果合格；

否则，试验结果不合格。

6.根据权利要求1所述的油气管道环焊缝缺陷修复用B型套筒承载能力检验方法，其特征在于，所述环焊缝位于管道的中间位置。

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