一、前言
隨著管道輸送工藝的不斷發(fā)展，管道輸送以其輸送成本低、管理方便等優(yōu)勢，在各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用越來越大，但由于管道工程投資大、建設(shè)周期長、整體性強(qiáng)，因此，管道安全問題顯得尤為重要。下面就談一談長輸管道設(shè)計(jì)、施工中的幾點(diǎn)安全問題。
二、管道材質(zhì)的選擇
由于在相同管徑和輸送壓力下，選用高強(qiáng)度鋼材可以減少鋼材用量，進(jìn)而降低管材的運(yùn)輸、施工等費(fèi)用。因此出于經(jīng)濟(jì)角度考慮，目前國內(nèi)外在管材選擇上多使用高強(qiáng)度鋼材，如X65、X70、X80等，但由于冶金，軋制等技術(shù)原因，目前高強(qiáng)度鋼管、尤其是X80這樣的超高壓力鋼管還存在著一定問題，一是產(chǎn)品質(zhì)量控制難度大，在管材內(nèi)部易出現(xiàn)隱形缺陷，二是隨著強(qiáng)度的提高，管材韌性尤其是管材沖擊韌性的上平臺能(CNN值)難以得到相應(yīng)提高。這兩種因素的迭加，再加上管材在運(yùn)輸和施工過程中造成的損傷，使得高強(qiáng)度管道發(fā)生延性斷裂的幾率大大增加。
據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，使用X60以上級管材的各級管道，均有管道發(fā)生過延性斷裂。因此對長輸管道而言，由于其管徑大、輸送距離長，管材內(nèi)部缺陷、運(yùn)輸施工損傷及焊縫缺陷漏檢幾率增大，再加上管道沿途不乏人口密集地區(qū)，輸送介質(zhì)一般又為易燃易爆或有毒介質(zhì)，這就對管道安全提出了更高的要求，因此，目前在管道材質(zhì)選擇上應(yīng)選用技術(shù)較為成熟、CNN值較高、焊接工藝成熟的X60、X65級鋼管為宜。
三、管道的斷裂與止裂
1960年美國Transwestem公司在對一條直徑φ762、材質(zhì)X52的輸氣管道進(jìn)行氣壓試驗(yàn)時(shí)，管道發(fā)生斷裂，斷裂長度為13km，裂源為一根管子在運(yùn)輸過程中造成的損傷，起裂后，裂紋向兩邊擴(kuò)展，一端碰到一個厚壁三通后止裂，另一端碰到一根韌性較大的管子而止裂。若當(dāng)時(shí)管道已投入運(yùn)營，管內(nèi)介質(zhì)為有毒或易燃易爆氣體，發(fā)生這樣的斷裂，其災(zāi)難性后果是可以想象的。因此，對材質(zhì)等級較高的管道在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮管道裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的控制。
管道斷裂可以分為脆性斷裂和韌性斷裂兩種。就脆性斷裂而言，隨著冶金技術(shù)水平的提高，目前象X70鋼其韌性形貌轉(zhuǎn)變溫度已達(dá)到-40℃以下，在我國這樣的氣候條件下，一般不具備發(fā)生脆性斷裂的條件。但當(dāng)管道的CNN值較低時(shí)，在常溫下管道易發(fā)生韌性斷裂。近來的研究表明，雖然對于韌性斷裂，其裂紋擴(kuò)展速度一般只有60～250m／s，而象天然氣等氣體的減壓波速度約為400m／s；按照過去的理論，裂紋似乎應(yīng)該止裂，但對于輸氣管道而言，因?yàn)樵跍p壓波的后面，裂紋尖端處的輸送介質(zhì)仍保留有一定的壓力，在氣體釋放過程中，由于氣體體積的快速膨脹，把能量傳給裂紋，如果在此溫度下材料的CNN值較低，仍會造成裂紋的繼續(xù)擴(kuò)展。在裂紋處殘留的壓力越高裂紋擴(kuò)展速度越快，并且隨著環(huán)向應(yīng)力和管道直徑的增加，產(chǎn)生韌性斷裂失穩(wěn)擴(kuò)展的趨勢就越大，也就是說止裂越困難。尤其是近年來，出于管輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益考慮，對管徑、輸送壓力、管材強(qiáng)度等級的選取越來越高，在這樣的條件下，要防止管道韌性斷裂的發(fā)生，就對管材的韌性提出了更高的要求。例如，據(jù)有關(guān)資料介紹，對于西氣東輸管道(管道材質(zhì)為X70，管徑為1016mm，壁厚為19mm，輸送介質(zhì)為天然氣)，要使其能自身止裂，其上平臺能應(yīng)達(dá)到154J?？梢?，要達(dá)到這樣的韌性指標(biāo)是很困難的，也是不經(jīng)濟(jì)的。
因此說，對于長輸管道，若選用X65級以上的管材，應(yīng)考慮設(shè)置止裂裝置，如設(shè)置止裂環(huán)、間斷插入低強(qiáng)高韌性鋼管等，同時(shí)出于經(jīng)濟(jì)考慮，應(yīng)根據(jù)不同的地區(qū)級別，確定經(jīng)濟(jì)合理的止裂裝置設(shè)置間距。
