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“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*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)力腐蝕開裂和氫致開裂，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。“補(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。考慮到在打孔盜油活動(dòng)頻繁地區(qū)，存在密集開孔的情況，也制作了兩個(gè)開孔較近的試件。
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
- 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。
- 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。
- 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。
- 連線并調(diào)零。用導(dǎo)線將應(yīng)變花與JH-30殘余應(yīng)力測(cè)試儀相連接，注意每根導(dǎo)線的絕緣情況，待線路都接通后對(duì)殘余應(yīng)力檢測(cè)儀進(jìn)行調(diào)零。
- 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。
- 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)，*大拉應(yīng)力在3點(diǎn)，*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*大拉應(yīng)力為337.85Mpa，是屈服極限的61.09%，*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)板周圍的殘余*一主應(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*一主應(yīng)力多為拉應(yīng)力，明顯大于螺旋焊縫的*一主應(yīng)力，*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*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
- 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。
- 焊接修復(fù)結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力的*一主應(yīng)力多為拉應(yīng)力，*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，*大壓應(yīng)力為屈服極限的74.66%。
- 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。
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