因氧气具有非常强的氧化性和助燃性，氧气管道作为在生产、储存、使用过程中的重要装置，是一种在运行中可能引发燃烧、爆炸事故、涉及生命安全、危险性较大的特种设备。在对某公司氧气压力管道进行全面检验时发现，其大部分焊缝存在超标缺陷，严重影响到管道的安全运行。如果不对这些缺陷进行处理，潜在的隐患风险较大，但严格按照检验要求，强制其停止使用、维修、更换或者直接报废，会给企业带来较大的经济损失和不必要的资源浪费，考虑该管道操作压力比较低，管道元件设计选型比较保守，安全余量大，结合对管道的定期检验，以“合于使用”为原则，对这些超标缺陷进行了安全评定。
1. 检验情况
按照《工业管道定期检验规程》，对该压力管道进行了全面检验。资料审查发现该氧气管道全长1775米，管道材质为20号钢，GC2级管道，设计、安装、竣工验收等技术资料齐全，投用至今6年时间。根据检验要求和后续缺陷安全评定需要，按管段起始终点和介质情况，现场对管线进行梳理重新编号，并且以轴侧图形式绘制了管线的单线图，单线图上标明了每条管线的规格、长度、各段标高、焊口的数量及准确位置、支吊架位置及型式等。并且对存在超标缺陷焊接接头相连的两侧管段分别进行了剩余厚度测量，定点测量出管子或管件的最小厚度，为后续安全评定计算提供基础的数据。
管线总共约有1700道环焊缝，按10%的比例进行了射线探伤，在随机抽查的170道焊缝中，大部分存在超标未焊透和圆形缺陷。以全面检验射线抽查探伤报告为依据，对所有管线中含缺陷焊缝按《工业管道定期检验规程》逐个进行了安全状况等级评定。对评为4级的未焊透、未熔合、圆形缺陷等缺陷则进入下一阶段安全评定。以管线号为OX1为例，见下表：
2.管系应力分析
在缺陷安全评定中需要缺陷焊缝处的受力情况等作为后续评定计算的基础数据，对所有管系进行一次和二次应力的分析计算和校核，采用CAESAR Ⅱ有限元分析软件，以ASME B31.3作为本次应力分析校核的基本准则，全部管线强度校核均合格，并提取出缺陷处的轴向、环向、弯曲应力等受力情况。
3.最小需要厚度和结构最小厚度评定
经《在用工业管道定期检验规程（试行）》安全状况等级评定为4级的超标缺陷，如全部用《压力容器缺陷安全评定》进行缺陷评定，则计算工作量比较大，故仍需通过简单的计算厚度和结构最小厚度安全评定，进一步筛选出严重缺陷，按《压力容器缺陷安全评定》进一步评定。如表3所示：
表1 OX1管线部分焊缝安全状况等级汇总表
4.《压力容器缺陷安全评定》安全评定
对前述在《工业管道定期检验规程》和计算厚度、结构最小厚度安全评定中没有通过的4级未焊透、圆形缺陷等严重缺陷，采用超声相控阵对其缺陷的尺寸进行确认。未焊透和圆形缺陷按《压力容器缺陷安全评定》GB/T 19624-2004附录G进行评定，其中未焊透缺陷按附录G如评定不合格，则继续用附录H作安全评定。以下为管线OX1焊缝1-35超标圆形缺陷评定示例：
（1）缺陷部位管道尺寸的确定
该圆形缺陷属气孔体积型缺陷，高度大于1/2壁厚，其周围无裂纹、未熔合等面型缺陷。该缺陷处的管道规格为Φ57×3.5，外半径Ro=28.5mm，因该气孔属于埋藏缺陷，没有腐蚀扩展量，计算厚度T取管道最小实测壁厚为3.7mm。
（2）缺陷的规则化及无量纲化处理
将该缺陷规则化为轴向半长A=1.2mm、环向半长B=2.0mm、深度C=1.5mm的表面缺陷。对经规则化处理得到的缺陷尺寸，按如下规定进行无量纲化处理：
其中Ri = RO-T=24.8mm，代入公式计算得：
PL0=31.47 MPa
ML0=2.063 KN.m
（5）含缺陷管道在纯内压和纯弯矩下的塑性极限载荷的确定
a）纯内压下的塑性极限内压
如果上式成立，则该缺陷是安全或可以接受的；否则，认为不能保证安全或不可接受。上式数据计算结果小于0.44，所以该缺陷经评定是安全的，可以接受的。
其它的焊缝超标缺陷同样采用上述评定方法逐一进行了安全评定，经《压力容器缺陷安全评定》安全评定是安全的，可以接受的。
5.结论
《在用工业管道定期检验规程》对缺陷的处理上采用了简单一刀切的方式，未结合压力管道的实际运行荷载和工作情况进行综合评定，实践证明其在实际运用中存在很大的保守性和局限性。在对某单位的氧气管道检验中，对存在超标缺陷的170多道焊缝逐一按《工业管道定期检验规程》进行了评级，安全状况等级评定为4级（即不可接受）的焊缝超标缺陷，则进一步按计算厚度、结构最小厚度和《压力容器缺陷安全评定》进行了安全评定。综合以上各项安全评定过程及结果，经使用单位采取有效措施，在满足安全要求和特定的限制前提下，允许该氧气管道带缺陷监控使用，从而大幅减少企业维修成本和停产损失，具有非常重要的实际应用价值。
参考文献：
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[3]陈永利，唐文庆，种玉宝，在役含缺陷压力管道安全评定方法 设备管理与维修 2015 NO.7
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[5]许杰，火力发电企业在用压力管道安全评定与研究，能源与环境，2017，NO.1
[6]王一宁，吴胜平，周云，含面积缺陷压力管道安全评定的方法，机械制造与研究，2010，39（2）
论文作者:陆晓
论文发表刊物:《防护工程》2019年第2期
论文发表时间:2019/5/10
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