石油天然氣長輸管道質量事故調查

中國船級社認證公司 路 劍 徐荊安 石 磊

近年來，我國石油天然氣長輸管道建設取得了長足發展，但建設和運營中的質量安全問題也日益凸顯。筆者對近期參加調查的部分長輸管線項目質量安全事故案例進行了分析，希望能給業界以借鑒。

管道焊絲質量事故

事故描述：2010年初，某天然氣管道輸送支干線（管徑：1016，鋼級：Х80）由業主方進行了施工質量安全大檢查，對已經完成焊接的部分焊口抽樣進行焊縫的理化性能試驗，發現由某公司生產的焊絲焊接成的焊口試樣存在普遍的-20℃沖擊不符合規范要求的指標。后對此批次焊絲進行熔敷金屬低溫沖擊試驗，依然不能滿足要求。

事故調查：檢查組首先對委托方提供的技術資料進行了細致的審查，發現廠家提供的質量證明文件中描述的焊絲的各項性能指標均符合要求，由于最終焊縫質量是由焊縫涂敷金屬、焊接工藝匹配性、焊接工藝執行情況和焊接環境等因素綜合形成，故擬定了以下的調查方案，由現場檢查組予以實施：

1、審查各施工相關單位的質量手冊、程序文件等內容，確認是否明確了項目質量管理要求；

2、審查各單位質量體系運行情況，驗證質量體系運行的符合性及項目相關技術文件、總承包合同、分包合同、相關焊接、檢驗和檢測、驗收及報批記錄文件；

3、現場抽取該廠家問題批次的焊絲、其他批次的焊絲以及相同焊絲其他供貨廠產品各一桶，在現場同一施焊環境、同一工藝及同一施焊人員的條件下進行了4個管口的組對焊接，由調查組監督見證整個焊接過程；

4、監督見證無損檢測過程及結果，并對X射線底片進行復檢。待無損檢測結果合格后，現場制樣、封樣、同時將試樣送往具備國家認可的檢驗、檢測資質的檢測機構，依據規范要求進行相同試驗條件下產品實物的機械性能試驗；審查所有的復檢報告。

結果及建議：調查組通過對管理體系運行、文件及現場過程控制等方面檢查的結果進行分析后認為，項目部、施工、監理、檢測等各單位之間協調配合較好，均能按照項目相關管理規定和要求進行施工、焊接、檢驗、監理，工作程序符合相關規定和要求。

通過對兩種品牌不同批次的焊絲焊接的焊件進行低溫沖擊韌性試驗結果、拉伸試驗結果、側彎試驗結果、刻槽錘斷試驗結果比對，并對最終試驗結果進行分析，分析后認為是此批次焊絲本身存在質量問題。

由此，對項目部及負責人提出了以下的建議：進一步加強合格供方管理，加強原材料，特別是主要受壓材料和焊接材料的復檢；應在技術要求中加入定期檢驗的項目，現場焊絲要按批次分區存放嚴防混放混用情況，以免問題擴大造成更大的損失。

對于已經使用此批號焊絲的焊口，建議采取切除焊口方案，重新對口施焊，造成的損失和工期延誤應向焊絲供方索賠。

管線保溫管開裂事故

事故描述：某原油輸送管線位于東北高寒地區，根據設計要求，埋設于永凍土層的長輸管線應當配置外防腐保溫管，保溫形式為外聚乙烯套管（壁厚12mm）填充聚氨酯泡沫（厚度80mm）。防腐保溫管線共施工約76.6公里，使用保溫管總數6066根，部分施工完成后發現防腐管有大量破裂的情況；截止2010年1月底，現場共統計有497根保溫管開裂，占到總數的8.19%，造成了較大的經濟損失，現場施工也因此停滯。

事故調查：經過現場調查和取證，發現保溫管線大多為冬季施工，且當季環境溫度保持在零下15℃至零下40℃之間，夜間極值溫度達到-50℃；防腐管為預制成品管，由施工現場周邊的防腐管道廠生產，從工廠至管道鋪設現場運輸距離不超過100km；經過調查組討論并擬定方案，現場從以下幾個方面進行了檢查，逐一排查事故可能發生的原因：

序號 檢查內容 檢查對象 檢查情況1 防腐保溫預制廠質量保證能力 預制廠負責防腐保溫預制生產的單位共有2家，通過工廠考察和記錄審查，確認兩家工廠均建立了良好的質量控制體系，制造工藝和現場設備、人員等滿足持續生產合格產品的要求2 保溫管生產工藝和性能參數兩家工廠均制訂了操作規程和生產工藝文件；據此檢查生產記錄和檢驗記錄，在生產過程中工廠施行了質量監控/檢驗，滿足規范要求；駐廠監造基本履行了監造職責，對實際生產實施了監控3 已破裂的保溫管預制廠/駐廠監造抽樣送檢 預制廠 對部分聚乙烯管片抽樣送具有相關資質的檢測機構進行全面檢測，結果顯示拉伸強度、耐環境應力開裂、壓痕硬度等各項性能指標滿足標準規范要求4 運輸和堆放情況 施工單位 現場檢查和詢問了成品保溫管的運輸和存放情況，發現有少量磕碰現象，堆放在室外的管道部分存放期過長且沒有罩蓋5 現場施工情況 施工單位 現場施工前對防腐管進行了逐根檢查，確保沒有暗泡、裂口、劃痕等缺陷；通過旁站和記錄檢查現場施工情況，防腐補口、防水帽施工等均符合操作規程的要求6 設計適用性 設計院標準中指出聚乙烯填充聚氨酯的保溫結構最低適用溫度為-50℃，但現場的夜間溫度已經接近最低適用溫度；另外由于黑色管體易日照聚熱且塑料熱傳導性不良，導致日間的管體向陽面和背陽面溫差大；設計缺乏翔實的設計論證以確認此工藝在高寒地區的適用性

結果及建議：根據現場了解的情況，調查組認為此種結構（聚乙烯+聚氨酯）保溫層在項目所在地的適用性有待斟酌；該地區存在較大的日夜溫差和日照溫差，但雙層保溫結構的兩種材質的熱縮性能差異極大（聚氨酯幾乎不會發生熱脹冷縮現象），導致在管體內部形成交變應力引發開裂；從現場看到開裂部位外護套、保溫層及管本體粘連良好，未發生脫膠現象，防護層開裂面整齊，也說明外護管是低溫下發生的脆裂，而非由于產品不良引起的脫膠開裂。

因此，調查組建議：設計單位應在項目施工前考慮極端環境因素的影響，必要時組織專家評審，并進行實物的試驗論證，以期使產品達到良好的使用效果；另外現場應盡量避免成品管體在運輸和吊裝時的磕碰，防止應力集中，及時遮掩避免紫外線加快聚乙烯套管老化，完成補口施工的管段應當及時下溝填埋。已經發生開裂的管段采取現場填充聚氨酯發泡塑料，并使用增強纖維帶纏繞包扎，完成修補后及時填埋，避免日光暴曬。

管道排污閥失效事故

事故描述：某管線在進行分段打壓試驗過程中出現了排污閥門脫落的情況。發生失效情況的共有兩處排污閥門，失效現象是閥門的閥體和與之以螺紋相連接的外螺紋管堵頭出現滑絲而脫開，外牙螺紋出現部分螺紋牙頂已被抹平，并且現場發現牙頂被截下的部分材質。由于該管線尚處于調試裝配階段，試壓未通過即發現了問題，尚未造成很大損失。一旦該設備投產運行后出現該類失效事故，損失將非常大，后果也非常嚴重。

事故調查：由于零件尺寸所限，無法對閥體材質進行較為全面的綜合試驗。一般螺紋發生滑絲現象不外乎強度不夠、經常松卸磨損或螺紋精度不好等原因，但由于無法對當時的裝配情況或螺紋精度進行追溯性調查，所以調查組決定對送檢滑絲失效的內螺紋閥體和外螺紋管堵頭，進行宏觀觀察，并送國家相關實驗室進行化學成分分析，通過對橫斷面金相顯微組織、斷口形貌及相關能譜分析等分析工作，以確認是否為強度不足等原材料問題造成了螺紋失效。

針對這種情況，調查組制定了包括取樣方法在內的詳細檢查方案，按ASTM A 350 LF2的標準成分作了相關閥體和堵頭的化學成分分析；理化性能進行了布氏硬度試驗；通過金相顯微組織觀察，檢查材料的鍛造質量，并進行了掃描電鏡形貌及斷口微區成分分析。

結果及建議：通過測試數據的分析及綜合討論，送檢樣品失效滑絲的主要可能的原因如下：

◆ 堵頭硬度、強度過低是該零件滑絲失效的主要原因。

◆ 樣品的金相顯微組織顯示了硬度、強度低的主要原因是組織形態不對，堵頭組織形態為鑄造組織退火態；ASTM A 350 LF2的典型組織為低碳馬氏體經高溫回火后得到的回火索氏體組織加少量的魏氏鐵素體，通過控制回火溫度的高低來調節硬度。

◆ 另外一個可能的原因是螺紋圈數過少，承載能力不夠。

由此調查組建議：

1、加強原材料控制，特別是熱處理過程控制，如本例中，通過淬火加適合的高溫回火工藝，獲得主要以回火索氏體為主要組織組成的顯微組織，使硬度合適如HBW171-HBW184；

2、建議通過高溫擴散退火消除鑄造組織形態，并細化晶粒，提高材料的強韌性；

3、螺紋設計要進一步確定產品受力情況，要考慮工件工作正常工況、壓力試驗工況和極端工作情況下的受力，適當地增加安全系數。