长输管道机械损伤可接受标准探讨

周亚单 应 未 徐若语 祁庆芳 蒋玉卓 许小龙

（1. 浙江浙能天然气管网有限公司，浙江 杭州 310000；2. 中油国际管道公司中缅油气管道项目木姐管理处，北京 100029；3. 中油国际管道有限公司，北京 100029；4. 中国石油青海油田分公司管道处，青海 格尔木 816000；5. 廊坊中油朗威工程项目管理有限公司，河北 廊坊 065000）

0 引言

管道在制造、运输、施工和运行阶段与外界物体接触或碰撞，造成划伤、划痕和凹陷等机械损伤，例如土工机械、挖掘机或者第三方施工破坏损伤。机械损伤对管道结构强度和完整性影响极大，具有金属损失、管壁变形和立即失效等特征，是导致管道泄漏和断裂失效事故的重要原因。2009年12月兰郑长成品油管道因第三方施工发生柴油泄漏，约1500m3柴油流入黄河造成严重污染[1]。建立管道机械损伤评价体系和修复策略是完整性管理的重要内容。本文收集了中国、美国、加拿大、俄罗斯管道设计施工标准，阐述了国内外管道行业在机械损伤评估认定的实践经验和做法。综合考虑制管水平、管材试验方法、内检测技术和凹陷修复工作量等因素，提出了针对大口径、高钢级管道提高机械损伤可接受标准的建议。系统开展管道机械损伤研究工作，可提高管道工程建设质量，有效降低管道运行风险。

1 国内外管道设计施工标准

国家标准GB 50251-2015《输气管道工程设计规范》规定：

（1）钢管在运输、安装或修理中造成壁厚减薄，管壁上任一点厚度不应小于钢管壁厚的90%；

（2）凿痕、槽痕及电弧烧痕应打磨并圆滑过渡，打磨后管壁厚度小于钢管壁厚的90%，应将管子受损部分整段切除，不得嵌补；

（3）在纵向或环向焊缝处影响钢管曲率的凹痕均应去除。其他部位凹痕深度，钢管公称直径小于300mm，不应大于6mm；钢管公称直径＞300mm，不应大于钢管公称直径的2%。凹痕深度不符合要求，应将管受损部分整段切除，不得嵌补或将凹痕敲臌。

国家标准GB/T 9711-2017《石油天然气工业 管线输送系统用钢管》规定：

（1）深度小于0.125t、深度大于0.125t且未影响最小允许壁厚的缺欠可采用修磨方法修整；

（2）影响最小允许壁厚的缺欠。钢管长度符合要求应切除存在缺陷管段，或拒收整根钢管。

美国标准ASME B31.8-2017《气体输送和配送管道系统》规定

（1）凿痕或槽痕应打磨光滑去除。如打磨后管壁厚度不满足最小允许壁厚，应将损伤管段切除，禁止采用嵌补；

（2）凹坑如存在应力集中点，应将受损管段整段切除。在管道纵向和环向焊缝处影响管段曲率的凹坑应去除。运行压力产生环向应力大于40%SMYS的管道，管径小于300mm，凹坑深度小于6mm；管径大于300mm，禁止凹坑深度超过管径2%。除去凹坑应将管子受损部分整段切除。禁止嵌补或将凹坑敲出。

加拿大标准CSA Z662-2013《油气管道系统》规定：

（1）管道运输、安装和维修不得使任一点壁厚减至管道设计压力下壁厚的90%；

（2）考虑未来内检测器通过性，应将凹痕限制在管道外径的2%；

（3）如凹痕存在应力集中点，或在焊缝处凹痕深度大于6mm，应将管道受损部分整段切除，或者更换新管。

俄罗斯标准BCH 012-1988《干线管道施工 质量控制检查和验收》规定管道表面上划伤、划痕和擦伤的深度不超过0.2mm；在管体和管端上没有压痕；在受到腐蚀的位置上，管道壁厚没有超出允许公差的范围。

俄罗斯标准РД 558-1997《天然气管道维修修复作业用焊管工艺指导性文件》规定在管材上深度超过0.2mm，但不超过壁厚5%的划伤、划痕和擦伤可通过打磨方法清除，应保证管材壁厚不应超出技术条件规定的公差极限值。

俄罗斯标准KTH-114-2007《干线石油管道 建筑安装工程施工和验收规范》规定凹痕修复，在标准瞬态抗拉强度在539兆帕（55千克力/平方毫米）的钢管上，允许使用无冲击松簧器对管子两端上的深度为标称外径的3.5%以内的平滑凹痕进行矫正，当环境气温为零度以上时，不需加热；当环境气温为零度以下时，需要对管子金属进行局部加热至（50～100）℃的温度。在标准瞬态抗拉强度为539兆帕及以上的绝缘钢管上，不允许进行矫正。

国内外管道缺陷可接受标准对比分析，得出结论：

（1）针对管道缺陷及允许壁厚，国标GB50251规定缺陷深度不超过管道壁厚10%，国标GB/T 9711缺陷深度不超过管道壁厚12.5%。俄罗斯标准РД 558-97规定管材上深度超过0.2mm，但和擦伤的最大允许深度不超过壁厚5%。在保证制管水平方面，针对划伤、划痕等管材制造缺陷，俄罗斯标准更严格于我国标准；

（2）中国和欧美标准关于凹陷缺陷评价标准一致，即凹坑缺陷不超过6mm或者管径2%，存在应力集中、位于焊缝和影响管径曲率的凹坑应切除。俄罗斯标准允许对不超过管径3.5%的凹痕进行校正。针对管道建设施工期间的凹痕缺陷，俄罗斯标准相对我国标准较宽松。

2 国外管道行业缺陷判定实践做法

俄罗斯Petrofac石油公司主要考虑压痕缺陷接受标准，管道缺陷范围应保证清管器/内检测器顺利通过，不应超过管径横截面的8%。管道划伤应在管道投入运行前进行修复。俄罗斯Rosneft公司对存在腐蚀缺陷、细小裂纹的管道采取磨削方法；磨削最大深度不应超过管壁厚度的20%；针对磨削管段采用外观检查、磁粉检查或彩色探伤仪检查。

俄罗斯Gazprom公司针对大口径管道的缺陷可接受标准是，为保证阻碍清管器/检测器正常通过，凹痕不应超过管径横截面的10%。划痕应进行现场维修，且对受损段进行隔离限制使用。针对天然气管道的可接受标准是：

（1）单独或相互作用的表面缺陷（除应力腐蚀缺陷）。缺陷深度超过管壁厚度50%，或者焊缝缺陷且深度超过管壁厚度的20%；

（2）单独或相互作用的应力腐蚀缺陷。缺陷深度超过管壁厚度20%；

（3）凹痕。凹痕深度超过管径的3%；凹痕位于地区等级为B类的管段；与焊缝相关的凹痕且深度超过管径的2%；凹痕附近150mm范围内存在裂纹、划痕、腐蚀等缺陷；凹痕边缘与管道表面连接粗糙，有断裂迹象。

Shell公司根据内检测数据评估管道缺陷，采用英国天然气管道协会关于管道缺陷可接受标准的研究成果，认为小于管径8%的浅凹痕（可能达到24%）对于管道破裂强度几乎没有影响。在不考虑内部压力膨胀影响下，小于管径7%的浅凹痕是可接受的。考虑凹痕深度的安全系数，更为可靠的建议是10%。

国外石油公司在缺陷可接受标准较为宽松，俄罗斯Gazprom公司凹痕不应超过管径横截面的10%，天然气管道凹痕深度不超过超过管径的3%；Shell公司将凹痕深度小于管径8%～10%，远高于国内标准中凹坑缺陷不超过管径2%。此外，国外石油公司以凹陷不影响清管器/内检测器运行也作为凹陷评价的重要依据。这与前面中俄标准针对凹陷可接受标准的分析结果也是一致的。

3 管道机械损伤可接受标准

（1）从标准规范角度，我国标准和北美标准均规定凹陷不超过管径2%；俄罗斯标准已将凹陷缺陷临界值提高至3%（该标准发布于2007年），考虑制管水平提高以及管材韧性和延展性等性能参数提升，我国标准略为保守；

（2）从国外管道行业的实践经验，国外石油公司在缺陷可接受标准较为宽松（在8%～10%左右），以凹陷不影响清管器/内检测器运行作为凹陷评价的重要依据；

（3）从管材试验的科研角度，凹陷深度在10%以内不会对管道结构强度造成实质影响，例如现行标准中定6%为凹陷应变评价的临界值，文献[2]观测到实际管材拉断应变值大于12%；

（4）随着长输管道钢管等级增加，各等级管道均使用相同机械缺陷可接受标准也不妥当。我国管道广泛使用螺旋焊缝钢管，施工过程中易形成与焊缝相关的凹陷，修复工作量很大。考虑大口径、高钢级管道机械损伤可接受标准酌情提高至3%；

（5）随着高分辨率内检测技术发展，现场检测技术不断完善，管材临界应变值测试方法改进，以及有限元方法分析，管道机械损伤的评价方法会进一步完善准确。