模擬缺陷對螺旋埋弧焊管靜水壓爆破試驗的影響

王 洋1,王海生1,王寅杰1,張 勇1,陳 方2,陳 曦1

(1.渤海裝備華油鋼管公司,河北 青縣 062658; 2.渤海裝備第一機械廠,河北 青縣 062658)

摘 要:為了確定不同缺陷對長輸油氣管道安全性造成的影響,在某長輸管道用X70 鋼級Φ1 067 mm×14.27 mm 螺旋埋弧焊管上預制了人工缺陷,進行靜水壓爆破試驗,對不同壓力值下缺陷形貌和焊管管體周長的變化進行檢測。結果表明,試驗焊管經過95%、100%、105%實際屈服強度保壓試驗后,人工預制缺陷未發現缺陷擴展和局部形變現象,水壓爆破后缺陷周圍未出現裂紋擴展現象。試驗焊管最大承受壓力為18.22 MPa,高出標準規定抗拉強度最低值計算壓力,符合相關標準要求。試樣結果為確定不同缺陷對管道安全性所造成的影響提供了依據。

關鍵詞: 螺旋埋弧焊管; 靜水壓爆破試驗; 安全性; 承壓能力

靜水壓爆破試驗能夠較好地反映焊管整體的力學性能,為焊管服役安全性提供理論依據[1-2]。螺旋埋弧焊管靜水壓爆破試驗是一種破壞性試驗,采用靜水壓注法在密閉的試樣上持續加壓[3],使焊管發生變形直至爆破 (特殊要求時也可不爆破),通過爆裂位置、壓力-時間曲線、周長-壓力曲線綜合評定焊管的力學性能[4]

在役焊管,不可避免地會存在各類缺陷,這些缺陷對焊管的安全使用有一定的影響。無論從經濟性還是安全性的角度,進行安全驗證性研究是最好的選擇[5]。本研究通過在某長輸管線用 X70 鋼級 Φ1 067 mm×14.27 mm 螺旋埋弧焊管上預制人工缺陷,進行靜水壓爆破試驗,同時對不同壓力值下焊管管體的周長進行測量,分析試驗中焊管形變規律,從而為確定不同缺陷對管道安全性能所造成的影響提供依據。

1 試驗方案

1.1 試驗焊管和預制缺陷

試樣從同一批次中隨機抽取[6]。本研究中焊管兩端采用橢圓封頭焊接制作,管體拉伸性能實測值為屈服強度535 MPa,抗拉強度630 MPa。在焊管管體及焊縫相應位置預制了不同類型、尺寸的人工缺陷[7],缺陷類型及尺寸見表1。

表1 焊管預制人工缺陷的類型、位置及尺寸

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1.2 水壓試驗方案

試驗方法按照SY/T 5992—2012[8]《輸送鋼管靜水壓爆破試驗方法》 標準要求,由計算機控制系統通過壓力傳感器采集管內的壓力數據,對信號數據進行處理,繪制出試驗曲線[9]

按照試驗焊管管體實際屈服強度的95%、100%、105%計算鋼管保壓試驗壓力,分別為13.60 MPa、14.31 MPa、15.03 MPa; 依次進行4 h保壓試驗,之后進行靜水壓爆破試驗[10],保壓和爆破試驗壓力曲線如圖1 所示。

圖1 焊管保壓和爆破試驗壓力曲線

2 試驗結果

2.1 預制缺陷的變化情況

每次保壓試驗完成后,未發現有明顯的缺陷擴展和局部塑性形變,試驗前及105%保壓試驗后各處預制缺陷形貌如圖2 所示。水壓爆破試驗后,對每處預制缺陷 (位于爆破口上的12#除外)周圍進行超聲波檢測,未發現缺陷周圍有裂紋。

圖2 保壓試驗前后缺陷對比圖

2.2 焊管周長的變化情況

試驗前及每次保壓試驗完成后,分別對不同位置的焊管周長進行測量,結果見表2。由表2 可見,與試驗前原始焊管相比:95%實際屈服強度保壓試驗后,所測量7 個位置中焊管周長最大增加2 mm、最小增加 0 mm、平均增加 0.9 mm; 100%實際屈服強度保壓試驗后,所測量7 個位置中焊管周長最大增加3 mm、最小增加0 mm、平均增加1.3 mm; 105%實際屈服強度保壓試驗后,所測量的7 個位置中焊管周長最大增加4 mm、最小增加1 mm、平均增加 2.9 mm。可見,試驗壓力越高,焊管周長增加值越大,但最大變形量不超過0.12%。

表2 保壓試驗前后焊管周長的測量結果

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3 焊管承壓能力、爆破位置及尺寸

圖3 水壓爆破焊管和爆破口局部形貌

焊管水壓爆破試驗測試屈服壓力16.18 MPa,最大承壓能力為18.22 MPa,爆破壓力18.11 MPa。試驗焊管起爆點位于12# 預制缺陷處,該處缺陷為管體壁厚修磨,深度 2.0 mm (公稱壁厚的 15%),斷口處壁厚最小值[11]為 8.5 mm; 起爆點距焊管西端封頭環縫處距離為4 330 mm,爆破口全長 2 170 mm,軸向長度 1 830 mm,爆破口最大開口245 mm。爆破口沿垂直于焊管軸線方向起裂后,向焊管軸向兩側迅速開裂,西端止裂于管體母材,東端穿過焊縫后止裂于管體母材[12-13],焊管爆破失效后形貌如圖3所示。

4 結 論

(1)試驗焊管經過 95%、100%、105%實際屈服強度保壓試驗后,13 處預制缺陷未發現明顯的缺陷擴展和局部形變,水壓爆破后對每處預制缺陷 (位于爆破口上的12#除外)周圍進行超聲波檢測,未發現缺陷周圍有裂紋擴展。

(2)試驗焊管經過 95%、100%、105%實際屈服強度計算壓力保壓試驗后,所測量7 個位置與試驗前焊管原始周長相比,最大增加量分別為2 mm、3 mm、4 mm,平均增加量分別為 0.9 mm、1.3 mm、2.9 mm; 試驗壓力越高,焊管周長增加值越大,但最大變形量不超過0.12%。

(3)試驗焊管起爆點位于12#預制缺陷 (壁厚修磨15%)處,試驗焊管最大承受壓力為18.22 MPa,高出標準規定抗拉強度最低值計算壓力 (15.25 MPa)2.97 MPa,高出實際抗拉強度計算壓力 (16.85 MPa)1.37 MPa,有一定的裕量[14]

(4)通過人工模擬缺陷的X70 螺旋埋弧焊管進行靜水壓爆破試驗,研究了保壓試驗前后缺陷的擴展、形變規律和焊管的承壓能力,為確定不同缺陷對管道安全性能所造成的影響提供了依據[15]

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Effect of Simulated Defects on Hydrostatic Blast Test of Spiral Submerged Arc Welded Pipe

WANG Yang1, WANG Haisheng1, WANG Yinjie1, ZHANG Yong1, CHEN Fang2, CHEN Xi1
(1.CNPC Bohai Equipment Huayou Steel Pipe Co., Ltd., Qingxian 062658, Hebei, China;2.CNPC Bohai Equipment No.1 Machinery Co., Ltd., Qingxian 062658, Hebei, China)

Abstract: In order to determine the effect of different defects on the safety of long-distance oil and gas pipelines, artificial defects were prefabricated on X70 steel grade Φ1 067 mm×14.27 mm spiral submerged arc welded pipe for a long-distance pipeline.Hydrostatic blast test was carried out to detect the change of defect morphology and the circumference of welded pipe body under different pressure values.The results show that after 95%, 100% and 105% yield strength of pressure tests, no defect propagation and local deformation are found in the prefabricated defects and no crack propagation around the defects after hydraulic blast.The maximum bearing pressure of the welded pipe is 18.22 MPa, which is higher than the calculated pressure of the lowest tensile strength specified in the standard and meets the requirements of relevant standards.The test results provide a basis for determining the influence of different defects on pipeline safety.

Key words: spiral submerged arc welded pipe; hydrostatic blast test; security; bearing capacity

中圖分類號: TE973

文獻標識碼: A

DOI: 10.19291/j.cnki.1001-3938.2019.9.006

作者簡介: 王 洋 (1984—),男,工程師,焊接工程師,主要從事螺旋埋弧焊管焊接工藝技術研究工作。

收稿日期:2019-01-04

編輯:謝淑霞

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