杜宝玉
山西省工业设备安装集团有限公司 山西 太原 030032
摘要：近年来，随着工业管道定期检验的全面开展，在射线检测中发现很多管道的对接环焊缝都存在未焊透缺陷。由于TSGD7005—2018《压力管道定期检验规则—工业管道》对未焊透缺陷的定级较保守，在实际检验中有较大比例的管道安全状况等级将被定为4级，需对缺陷进行处理，否则管道不得继续使用。而大量的工程实践经验表明，很多带有此类缺陷的管道经过长周期的运行并未出现问题，若进行修理或更换，会给使用单位造成损失。本文基于在用含未焊透缺陷工业管道的安全评定展开论述。
关键词：未焊透缺陷；工业管道；安全评定
引言
由于焊接、管理不善等原因，压力管道中不完整的贯穿缺陷很常见。因此，对国内外有不完全渗透缺陷的压力管道的安全评估进行了大量研究，并制定了相关的标准和规范，如欧洲工业结构完整性评估方法(SINTAP)、美国EPRI评估规则、英国缺陷结构完整性评估标准(R6)。目前压力管道的安全评估方法主要有以下几种:局部减薄缺陷塑性失效评估法、简化因子评估法、净截面塑性失稳准则、ASMEIWB-3650压力管道缺陷评估法、失效评估图(FAD)法、中低压管道焊缝单侧未焊透缺陷安全评估法。
1我国现行工业管道未焊透缺陷评级标准与规范
在我国现行的与工业管道未焊透缺陷评定相关的标准和规范中，《有缺陷可重复使用压力容器安全评定》(GB/T19624-2004)给出了压力管道直管段体积缺陷的安全评定方法，《现场设备和工业管道焊接工程施工及验收规范》(GB/T50236-98)对设备、施工和用户的要求比其他规范更严格，但， 后者在满足安全运行要求的基础上，兼顾了我国在用工业管道的实际情况和企业运营成本，可操作性强。 因此，本文采用后者对在用工业管道的不完全贯穿缺陷进行安全等级评定。
2案例分析
检查说明:在对工业管道进行全面检查时，现场半径检测发现了未焊接的焊缝，具体参数如下:管道编号:HG04-200-1.6A2-(H.60)、管道等级:GC2、管道外径(D)219mm、管道壁厚介质:化学物质，壁厚测量没有显着减小(确定介质基本上不受材料腐蚀)，射线检测缺陷的性质:未焊接，根据放置的特定试验块确定自己的高度(h)2.0mm，缺陷长度453.83mm为此，我们使用断裂弹性模型对正在使用的缺陷压力管道进行了兼容性评估，以确定缺陷是否满足使用要求。根据GB/t 1961-2004缺陷压力贮器安全评估标准，我们将把未焊接缺陷视为平面缺陷(裂纹)，并采用普通平面缺陷评估方法进行焊接缺陷安全评估。(1确定缺陷特征尺寸)缺陷根据5 . 3 . 1 GB/t 2006-2004处理，原因是h(清洁高度)< < 0.7t(板厚度)和h < 0.5l(缺陷长度)，规范设置为c(半长度)=0.5L=226.91mm和a=h=2.0mm表5-1的缺陷特征尺寸(GB/t 1961-2004)除以安全系数k = 1.1(根据保守原理，取决于失败的后果)。因此，根据5 . 4 . 2 . 1 GB/t 2006-2004的假设，即缺陷水平上的主薄膜应力是由内压引起的，因此，该尺寸更正如下:c = 249.61毫米和a = 2.2毫米(应力确定)；pm = PD/4t = 9.13 MPa(主薄膜应力)，视主题而定 主薄膜应力被视为沿壁厚的均匀变化，因此主弯曲应力(Pb)为0 mpa 次要约束包括次要折弯约束、残馀约束和热约束。在这种情况下，仅考虑剩馀的熔接约束。
3在用含未焊透缺陷工业管道的安全评定
以定期检验中一条含未焊透缺陷、安全状况等级为4级的工业管道为例，采用管道应力分析软件CAESAＲⅡ，结合GB/T19624—2019《在用含缺陷压力容器安全评定》中的方法，对缺陷管道进行安全评定，以评价管道在评定周期内能否继续正常使用，为在用含超标缺陷工业管道安全评定的开展提供参考。1)对检验过程中发现的超标未焊透缺陷进行了安全评定分析，详细介绍了评定步骤及计算过程，给出了管道安全评价的结果。结果表明:在正常操作工况下，缺陷处尚有较大的安全裕度，在评定周期内可以安全运行，满足合于使用要求。(2)对部分含超标缺陷安全状况等级定为4级的工业管道，在企业由于各种原因无法及时进行返修的情况下，可以采用安全评定的方法对管道的安全状况进行评估，在保证管道安全运行的前提下，进一步发挥了在用含缺陷管道的使用经济性。
4应力的计算
缺陷处应力分析是合于使用评价的关键。压力管道和压力容器的应力分析有明显区别，压力容器的一次应力主要考虑内压载荷下筒体和接管壁厚的问题，而压力管道的一次应力主要考虑重量和内压载荷下跨距问题；压力容器的二次应力考核接管在外载力、弯矩等作用下，渐进塑性变形控制，而压力管道二次应力主要考虑温度导致的弯矩交变作用，两者应力分析中应力分类相似，但概念不同。压力容器是薄壁壳体、板壳单元，主要是计算承压壁厚、局部结构抵抗外载力和弯矩作用下的渐进塑性变形，以及计算压力、温度交变和外载高频交变作用下局部结构疲劳分析，应力分析时常采用有限元分析法。而压力管道作为梁单元，主要分析在不同载荷下管道的弯、拉、扭、压变形，计算跨度、疲劳、弯曲和失稳，由于在实际运行工况下，由温度引起管道位移造成的二次应力值常超过一次应力，采用有限元分析不太适用，须采用专业的管系应力分析软件。
5压力管道的安全评定
(1)确定故障部件上管道的尺寸；(2)不符合同情形的调整；(3)确定材料性能数据；(4)在纯弯曲力矩或纯内部压力下计算管道的极限热塑性载荷；(5)没有审判；(6)确定缺陷水平上的弯矩；7)计算纯内部压力下的纯弯曲力矩和塑性极限载荷；(8)安全评估。(1)对于根据tsgd 7005—2018评定的未焊接缺陷穿透压力管道，缺陷尺寸超过3级管道允许的最大深度，因此其安全等级为4级。根据GB/t 1961-2004标准，管道符合业务准备要求，可降级为3级，以满足业务连续性要求。(2)由于规章制度和焊接操作员技能不足，在压力管道中安装缺陷很常见，未焊接缺陷最常见。经验表明，许多有故障的管道可以长时间平稳运行。如果级别是根据tsgd 7005—2018确定的，则必须停止使用级别4压力管道，但长时间的停机可能会导致单位用量的大幅损失。安全性评估有助于放宽对部分符合要求的有缺陷压力管道的限制。因此，tsgd 7005—2018标准和现成的组合计算方法通常用于缺陷尺寸达到临界状态的压力管道。3)使用CAESAR软件是根据实际情况计算弯矩载荷的有效方法。(4)根据GB/t 1961-2004标准对有缺陷的压力管道进行安全评价的方法应用相对较少，作者对有缺陷的压力管道进行了安全评价，具体说明了计算方法和评价步骤，如定期处理。
结束语
工业管道广泛用于石油、化工等多个领域，是一种输送易燃、易爆、腐蚀或毒性介质的承压类特种设备。目前国内多数石化企业的工业管道投用年限较长，普遍存在未焊透、未熔合等平面缺陷和气孔、夹渣等体积缺陷。随着工业管道定期检验普遍开展，检验发现工业管道中大量存在未焊透缺陷，尤其是投用年限较长的石化企业中的工业管道。在按照TSGD7005—2018《压力管道定期检验规则—工业管道》对管道进行安全状况等级评定时，达到一定自身高度的未熔合、未焊透缺陷被评定为4级，需要返修处理，否则不得继续使用。
参考文献
[1]张诚松.工业管道未焊透及缺陷等级评定浅析[J].石化技术,2015,22(10):140+150.
[2]赵利朝.工业管道手工电弧焊中未焊透主要成因及应对措施[J].科技风,2014(08):274.
[3]蒋诚航.含未焊透缺陷工业压力管道的极限承载能力研究[D].浙江大学,2013.
[4]郑渊蔚,赵丹华,余旭红.未焊透液化石油气管道的安全分析[J].化学工程与装备,2013(07):217-219.
[5]闫怀磊.基于Qt和ANSYS的含未焊透缺陷压力管道安全评定系统开发[D].浙江大学,2013.