摘要 本文針對一起液化氣配氣主管道發生的泄漏事故，從管道所處地理位置、結構、焊接、受力等方面作了詳細的原因分析，指出焊接缺陷及管道折點結構不合理是造成焊縫開裂的主要原因。

    Abstract The article gives out an example of leakage occurred in liquid gas distribution main pipe and analyzes the reason in location，structure，welding and load etc，and then points out that the cracking of weld joint consists mainly in improper welding and refraction bender of pipe。

    關鍵詞 燃氣管道 折點 未焊透 應力集中 靜不定結構

     1997年12月7日，濟南市南郊郎茂山地區正在使用的燃氣管道主送氣管發生泄漏（輸送50%液化石油氣與50%空氣的混合氣）。泄漏點位于郎茂山南側一管道折點處（見圖1）。

    圖1 發生泄漏的管道折點部位平面圖

    （B為開裂部位，穿透性裂紋長12mm）

    位于郎茂山南側的管道液化氣公司南郊制氣廠，向市區供氣的主管道順郎茂山東路繞山向北延伸至市區。該段管道于1996年11月施工，1997年1月26日使用。發生事故的折點位于郎茂山南側山腳下。由于該地區地面以下是堅硬的巖石，遂采用了爆破的方式開挖管溝，因此，此段管道上折點較多。

    泄漏點處于圖1所示折點焊口上部的焊縫中心，是一沿焊縫縱向長12mm的裂縫（見圖1B處），該折點角度為13(11'，施工中采用了在管道上割斜口對焊的型式。

    該管道設計壓力0.4Mpa，采用材質為Q235A的螺旋焊管（(426×8）焊接而成，管道施工中所選用焊材及焊接環境均符合要求，并經壓力為0.6Mpa強度試驗（在該壓力下進行了焊口檢漏）和0.4Mpa氣密試驗合格。在投入運行不到一年的時間內，運行壓力在0.15~0.2Mpa之間，環境溫度亦無異常變化。根據現場勘察結果，我們認為有以下影響因素。

    （1）較大的拉應力

    由于開裂部位兩側地質差別較大，在發生斷裂的折點以南，管道隱蔽在管溝內，四周填充黃沙，對管道位移約束很小，而折點以北，管道是在巖石中炸出的溝槽內素土直埋，對管道位移約束很強。當地面載荷作用于管道時，尤其是當載重車輛由南向北駛過鋪有管道的路面時（由南向北是斜上坡），管道所受的載荷在折點處形成一拉力P1，又由于焊縫根部存有未焊透缺陷，其承載截面積減小，從而在有效承載截面上產生一較大的拉應為a1。

    a1=P1/A （1）

    式中A為焊縫有效承載面積。

    （2）較大的彎曲應力

    設折點南側為位移弱約束點，北側為位移強約束點，可將此段近似簡化為靜不定梁結構（如圖2所示），當地上載荷施加到管道折點處時，載荷在折點B處便產生一彎曲應力a2，截面B處的彎矩為

    MB=－P2/2．（3a2/L2－a3/L3）（L－a） （2）

    式中P2為施加到折點處的載荷

    a為折點距強約束點c處的距離

    L為兩約束點的間距

    由于焊縫根部存有未焊透，彎曲應力a2將遠大于焊縫無缺陷時的彎曲應力。

    圖2 泄漏點（折點）附近管道約束

    近似為靜不定梁結構

    （3）較大的剪切應力

    當地面載荷（載重車輛）通過時，管道完好部位產生的剪應力較小且均勻，但折點（焊縫）處由于承載截面積較小（未焊透），從而產生一較大的剪切應力τb，設地面載荷在折點處的有效載荷為P2，則載面B處的剪切力Qb=（1－a/L）P2，剪切應力：

    τb=Qb/A=（1－a/L）P2/A （3）

    式中A為焊縫有效承載截面積。

    （4）折點結構不合理造成了應力集中

    管道在折點處的對接采用了斜口對接這種不良結構，管道在此處結構突然變形，形成了應力集中部位，當外部載荷和管道內壓同時加于該處時，在折點部位就會產生集中應力F。

    （5）焊縫中存在焊接缺陷是造成管道破壞的主要原因

    管道施工中，由于該折點角度較小（13(11(），施工單位采用了斜口對接的型式。具體施工過程中執行焊接工藝不嚴格，未能準確地把握好焊口的組對間隙，造成焊縫根部整圈未焊透深約3mm（該焊口割下后證實），既減小了焊縫的有效壁厚（承載截面積減小），又促成了應力集中源的存在，嚴重削弱了焊縫的實際承載能力。

    由于以上諸因素的綜合作用，經過一段時間的運行，在折點處造成了焊口的斷裂。

    針對事故發生的原因，選擇了較為徹底的修復方案。

    第一是用閥門將發生事故的管道隔離，并對管道內可燃氣體進行置換。然后將斷裂的焊口割下，代之以現場制作的非標彎頭，使管道在轉角處圓滑過度，從而改變以前斜口對接所造成的不良影響，同時對彎頭兩端環焊縫作100%射線探傷，以保證焊接質量。

    第二是在折點兩側10m處，各加一個混凝土支墩（混凝土現澆），形狀尺寸如圖3所示。并且在支墩部位的管道上加鋼卡子，在卡子上焊接筋板打入混凝土內，以使管道與混凝土墩牢固地結為一體。目的是使折點兩側管道所受約束相同，改善其受力狀況。

    圖3 修復后的折點結構示意圖

    （混凝土墩尺寸：1m×1m×1m）

    目前，燃氣管道設計規范及施工規范中，關于鋼質管道的內容較少且不具體。建議設計人員在設計工作中，不僅考慮管道的設計壓力，溫度和被輸送介質，還應考慮管道的具體結構。輸送管道不僅受內壓的作用，還要受到各種外力的作用，設計時應考慮到各種因素的影響，多參考其它工業部門在類似管道設計中的成熟經驗，使鋼質燃氣管道的設計、施工、檢驗盡可能做到全面和嚴密。此外，工程的建設單位和施工單位應切實抓好施工質量管理。施工質量的高低，將直接影響燃氣管道的安全運行。