輸油管道打孔盜油案件頻繁發(fā)生，對(duì)于被打孔的管道，只能采用焊接修復(fù)的方法。一是在打孔的地方焊上一小截盜油支管封閉在里面，俗稱(chēng)“扣帽子”；二是在被打孔的管道外表面焊上一小塊補(bǔ)板，這種方法需要將盜油分子焊接在管道上的盜油支管完全從根部處清除。
而焊接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的殘余應(yīng)力，當(dāng)管道運(yùn)行時(shí)，工作應(yīng)力和殘余應(yīng)力相疊加，會(huì)提高管道實(shí)際受力水平，降低承載能力，尤其是在焊縫和熱影響區(qū)等局部高應(yīng)力極易產(chǎn)生疲勞破壞、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂和氫致開(kāi)裂，嚴(yán)重影響管道的正常工作，縮短管道的服役壽命，甚至造成嚴(yán)重事故。
為了了解管道修復(fù)中焊接殘余應(yīng)力對(duì)管道完整性的影響，采用盲孔法分別對(duì)“扣帽子”和“補(bǔ)板”兩種焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試，并與管道螺旋焊縫處的殘余應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比，為打孔盜油管道修復(fù)措施的合理性評(píng)價(jià)及修復(fù)后管道的安全評(píng)價(jià)提供依據(jù)。
試件情況介紹
為了取得可靠的數(shù)據(jù)，采用了某輸油管線(xiàn)庫(kù)存的φ630mm*8mm和φ711mm*10mm的管道，材質(zhì)為16Mn。在管道上鉆孔，然后按打孔盜油管道搶修時(shí)的修復(fù)工藝，在管道打孔處焊接管或“補(bǔ)板”。接管尺寸為φ159mm*6mm，高約200mm，材料為Q235?！把a(bǔ)板”是從相同尺寸和材料的管道上截取的，尺寸為100mm*100mm*8.4mm?？紤]到在打孔盜油活動(dòng)頻繁地區(qū)，存在密集開(kāi)孔的情況，也制作了兩個(gè)開(kāi)孔較近的試件。
對(duì)這種管道材料進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)，以便得到管道材料的準(zhǔn)確機(jī)械性能數(shù)據(jù)。材料的屈服極限為553Mpa，拉伸極限為653Mpa。
殘余應(yīng)力測(cè)試步驟
1. 打磨，輸油管道由于生銹、腐蝕等原因，其表面會(huì)出現(xiàn)蝕坑，要將應(yīng)變花貼牢于管道表面，必須進(jìn)行打磨至看不見(jiàn)表面有細(xì)小劃痕為止。
2. 清洗表面。打磨后的表面會(huì)留下一些細(xì)粉及其他雜質(zhì)，用棉花蘸取丙酮溶液仔細(xì)擦拭，去除表面雜質(zhì)，直至棉花上沒(méi)有污跡。
3. 粘貼應(yīng)變花。表面清洗完畢后，先將測(cè)點(diǎn)定位，再將應(yīng)變花貼于清洗后的表面。
4. 連線(xiàn)并調(diào)零。用導(dǎo)線(xiàn)將應(yīng)變花與JH-30殘余應(yīng)力測(cè)試儀相連接，注意每根導(dǎo)線(xiàn)的絕緣情況，待線(xiàn)路都接通后對(duì)殘余應(yīng)力檢測(cè)儀進(jìn)行調(diào)零。
5. 鉆孔，用鉆頭對(duì)準(zhǔn)應(yīng)變花上的鉆孔點(diǎn)進(jìn)行鉆孔，鉆頭直徑為2mm，孔深至少為2.4mm。
6. 記錄結(jié)果，鉆完孔后，待應(yīng)變儀上的讀數(shù)較穩(wěn)定時(shí)，即可讀數(shù)并記錄。
殘余應(yīng)力測(cè)試數(shù)據(jù)及結(jié)果分析
對(duì)φ630mm*8mm和φ711mm*10mm兩種規(guī)格管道的不同焊接修復(fù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多組殘余應(yīng)力測(cè)試，并對(duì)所有應(yīng)變測(cè)試進(jìn)行了溫度補(bǔ)償。
φ630mm*8mm管道接管
考慮到問(wèn)題的對(duì)稱(chēng)性，僅選取結(jié)構(gòu)的1/4布置測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)分別是在0°，45°和90°的方向上，測(cè)點(diǎn)1-6到焊縫根部的徑向距離分別為10，11，28，29，29，59mm。從測(cè)試結(jié)果可以看出，近焊縫點(diǎn)1-3的殘余應(yīng)力明顯大于離焊縫較遠(yuǎn)的4-6點(diǎn)，最大拉應(yīng)力在3點(diǎn)，最大壓應(yīng)力在4點(diǎn)。
管道補(bǔ)板
管道補(bǔ)板分φ630mm*8mm和φ711mm*10mm兩種。φ630mm*8mm補(bǔ)板試件中測(cè)點(diǎn)1-6到焊縫根部的距離分別為1、12、9、30、30、32mm，殘余應(yīng)力中最大拉應(yīng)力為337.85Mpa，是屈服極限的61.09%，最大壓應(yīng)力為398.88MPa，是屈服極限的72.13%；φ711mm*10mm補(bǔ)板試件中測(cè)點(diǎn)1-6到焊縫根部的距離分別為9、9、12、27、30、29mm，φ711mm*10mm補(bǔ)板結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力數(shù)值上總體低于φ630mm*8mm補(bǔ)板中的殘余應(yīng)力。
φ711mm*10mm管道兩接管
測(cè)點(diǎn)1-9到焊縫根部的距離分別為29、11、10、77、53、60、30、30、95mm。
φ630mm*8mm和φ711mm*10mm管道上的接管
φ711mm*10mm上接管測(cè)點(diǎn)1-3到焊縫根部的垂直距離分別為32、17、10mm；φ630mm*8mm上接管測(cè)點(diǎn)1-3到焊縫根部的垂直距離分別為12、9、12mm。測(cè)試結(jié)果表明焊接接管的根部存在殘余應(yīng)力。
φ630mm*8mm管道螺旋焊縫
測(cè)量了φ630mm*8mm管道螺旋焊縫處的殘余應(yīng)力。測(cè)點(diǎn)1-6到管道螺旋焊縫根部的距離分別為0、0、0、30、0、28mm。第二主應(yīng)力都是負(fù)值，即壓應(yīng)力。φ630mm*8mm管道接管、φ630mm*8mm管道補(bǔ)板以及φ711mm*10mm管道補(bǔ)板周?chē)臍堄嗟谝恢鲬?yīng)力和第二主應(yīng)力與管道螺旋焊縫附近殘余應(yīng)力的比較。由數(shù)據(jù)上可以看出，3種焊接結(jié)構(gòu)的第一主應(yīng)力多為拉應(yīng)力，明顯大于螺旋焊縫的第一主應(yīng)力，最大拉應(yīng)力為服務(wù)極限的70.94%。螺旋焊縫處的第二主應(yīng)力為壓應(yīng)力，其最大值為屈服極限的-74.66%，其余結(jié)構(gòu)中的第二主應(yīng)力中既有拉應(yīng)力，也有壓應(yīng)力。
結(jié)論
1. 焊縫近處存在殘余應(yīng)力，且距焊縫越近，殘余應(yīng)力的數(shù)值越大。
2. 焊接修復(fù)結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力的第一主應(yīng)力多為拉應(yīng)力，最大拉應(yīng)力為屈服極限的70.94%；管道螺旋焊縫處殘余應(yīng)力的第二主應(yīng)力為壓應(yīng)力，最大壓應(yīng)力為屈服極限的74.66%。
3. 在“扣帽子”修復(fù)結(jié)構(gòu)上，接管根部存在較大的殘余應(yīng)力。
