含腐蝕缺陷長輸管道剩余強(qiáng)度影響參數(shù)定量評(píng)價(jià)

趙莉

摘 要：針對(duì)管道運(yùn)行過程中腐蝕缺陷導(dǎo)致管道事故頻繁發(fā)生等問題，主要采取了NG-18、ASME B31G-1991、API 579和DNV RP-F101等方法對(duì)管道剩余強(qiáng)度的評(píng)價(jià)。四種評(píng)價(jià)方法對(duì)指標(biāo)參數(shù)失效壓力、流變壓力、缺陷長度、Folias鼓脹因子以及腐蝕缺陷面積計(jì)算各有不同，分別做了各參數(shù)與評(píng)價(jià)結(jié)果定量影響研究。實(shí)驗(yàn)研究表明：管線鋼材級(jí)別越高，不同定義下計(jì)算的流變壓力相差減小，對(duì)管道剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)的影響較??；隨著缺陷長度的增加，鼓脹因子相對(duì)差逐漸變大，對(duì)管道剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)的影響較為敏感。對(duì)于短缺陷管道，NG-18評(píng)價(jià)方法較為合適；基于實(shí)際爆破數(shù)據(jù)，相對(duì)于ASME B31G-1991評(píng)價(jià)方法，DNV RP-F101評(píng)價(jià)結(jié)果誤差較小；對(duì)腐蝕缺陷管道缺陷面積的計(jì)算，ASME B31G-1991方法精度較高，是一種普遍適用的評(píng)價(jià)方法。

關(guān) 鍵 詞：缺陷管道；剩余強(qiáng)度；參數(shù)；定量關(guān)系

中圖分類號(hào)：TE 832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2016）03-0639-03

Abstract： In view of the problem that pipeline accidents occurred frequently during the operation because of pipeline corrosion defects， NG 18， ASME B31G-1991， API579 and DNV RP-F101 methods were used to evaluate residual strength of the pipe. The four evaluation methods have different computation processes for index parameters including failure pressure， rheological parameters， defect length， Folias ballooning factors and corrosion defect area. Impact of the parameters on the evaluation results was quantitatively studied. The results show that，the higher the level of pipeline steel， the lower the calculated rheological stress difference under different definition， the less the effect on the pipeline residual strength evaluation； With the increase of the length of the defect， ballooning factor relative difference increases gradually， the impact on the pipeline residual strength evaluation is more sensitive. For short defect pipe， NG-18 evaluation method is relatively appropriate； Based on the actual blasting data， compared to the ASME B31G-1991 evaluation method， the error of DNV RP-F101 evaluation result is smaller； In defect area calculation of pipeline with corrosion defects， and ASME B31G-1991 method has high precision， is a kind of widely used evaluation method.

Key words： Defect pipe； Residual strength； Parameters； Quantitative relationship

在油氣管道運(yùn)行的過程中，管線腐蝕常有發(fā)生，對(duì)腐蝕缺陷管道剩余強(qiáng)度的評(píng)價(jià)研究一直都在不斷的完善。20世紀(jì)70年代，Kiefner和Maxey等率先提出了NG-18評(píng)價(jià)方法，基于版經(jīng)驗(yàn)斷裂力學(xué)理論，分別定義了失效壓力、流變壓力、缺陷長度、Folias鼓脹因子以及腐蝕缺陷面積[1-3]。隨著國內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)該方法的改進(jìn)，對(duì)影響因子的重新定義，形成了相應(yīng)的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。從第一部含缺陷管道的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)ASME B31G-1984，到改進(jìn)后的ASME B31G-1991，再到ASME B31G-2009，美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)集結(jié)了國內(nèi)外研究人員的研究成果一直在不斷更新完善[2-5]。

近年來，根據(jù)對(duì)分級(jí)評(píng)價(jià)的要求，頒布了API 579，SY/T6151 等評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；在全尺寸爆破試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，以有限元計(jì)算為理論，又形成了PCORRC 和DNV RP-F101等評(píng)價(jià)方法[3-8]。上述不同評(píng)價(jià)方法均相應(yīng)有一定的適用范圍，對(duì)影響評(píng)價(jià)結(jié)果的參數(shù)計(jì)算各有不同，下面根據(jù)不同的評(píng)價(jià)方法對(duì)參數(shù)的定量求取進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)合實(shí)際管道運(yùn)行數(shù)據(jù)，定量分析了各參數(shù)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果影響，并找出了各自評(píng)價(jià)方法適用性。

1 管道剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)思路

對(duì)油氣管道的檢測是管道評(píng)價(jià)最基礎(chǔ)的工作，通過檢測工作找出管道是否存在腐蝕缺陷以及缺陷位置、尺寸，在依據(jù)相應(yīng)的檢測維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合各管線材質(zhì)、性能、影響參數(shù)，對(duì)管道剩余強(qiáng)度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，找出管道剩余強(qiáng)度影響最為敏感的參數(shù)，并給出解決方案。含腐蝕缺陷管道剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)思路如圖1所示。

2 參數(shù)評(píng)價(jià)方法介紹

油氣管道剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法各有不同，不同的評(píng)價(jià)方法對(duì)流變應(yīng)力、Folias鼓脹因子、腐蝕缺陷投影面積以及缺陷長度等計(jì)算公式略有差別。油氣管道在運(yùn)行過程中，對(duì)影響管道剩余強(qiáng)度因素認(rèn)識(shí)的加深[1-3]。

目前對(duì)剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法正在不斷修訂與完善，逐步在形成對(duì)管道內(nèi)壁受壓、載荷、多個(gè)腐蝕點(diǎn)相互作用以及軸向、環(huán)向腐蝕缺陷等方面評(píng)價(jià)技術(shù)，目的是為了將各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)適用范圍拓寬，提高評(píng)價(jià)方法精確度，真實(shí)反映管道剩余壓力，油氣管道剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法與參數(shù)定義如表1所示。

3 參數(shù)對(duì)剩余強(qiáng)度定量影響關(guān)系

3.1 流變應(yīng)力影響

按照SMYS與SMTS標(biāo)準(zhǔn)定義，分別計(jì)算出了X42、X46、X52、X56、X60、X65、X70、X80、X100、X120級(jí)別管線鋼的流變應(yīng)力，如圖1所示。

根據(jù)流變應(yīng)力曲線形態(tài)分析，可知SMTS定義計(jì)算流變應(yīng)力最大，其次分別是SMYS+68.95MPa、（SMYS+SMTS）/2和1.1SMYS，在不考慮1.1SMYS 定義方式下，X70、X120管線鋼在前三種定義方法計(jì)算出的流變壓力非常接近，整體上，隨著管線鋼級(jí)別的增加，流變壓力變大，并且不同定義方式下流變應(yīng)力相對(duì)差變?。▓D2） [3-5]。

3.2 當(dāng)量長度影響

按照管道腐蝕缺陷特征劃分，可分為裂紋、均勻、局部腐蝕三種。采用不同的評(píng)價(jià)方法，計(jì)算的含腐蝕缺陷管道剩余強(qiáng)度不同。根據(jù)管道缺陷腐蝕特征指標(biāo)腐蝕缺陷面積和鼓脹因子，將NG-18評(píng)價(jià)方法中 定義為當(dāng)量長度， 定義為減速比，當(dāng)量長度變化影響關(guān)系如圖3（a）～（b）所示。

當(dāng)量長度在2～10之間時(shí)，NG-18與ASME B31G-1991評(píng)價(jià)方法計(jì)算減速比曲線幾乎重合，隨著當(dāng)量長度的增加，各評(píng)價(jià)方法得到的鼓脹因子偏差變大；當(dāng)量長度在大于10時(shí)，NG-18評(píng)價(jià)方法計(jì)算的減速比快速變大。結(jié)合圖3（b）分析，NG-18評(píng)價(jià)方法較適合對(duì)腐蝕短缺陷長度管線的評(píng)價(jià)。

3.3 鼓脹因子影響

不同的評(píng)價(jià)方法對(duì)鼓脹因子的定義不同，導(dǎo)致計(jì)算的鼓脹因子數(shù)值存在一定的差異。圖3（b）主要對(duì)不同評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下鼓脹因子變化規(guī)律進(jìn)行對(duì)比。除NG-18評(píng)價(jià)方法外，其余評(píng)價(jià)方法變現(xiàn)為隨當(dāng)量長度增加，鼓脹因子增大的變化規(guī)律；當(dāng)管線處于短缺陷時(shí)，即當(dāng)量長度在2～8之間，4種評(píng)價(jià)方法下的Folias鼓脹因子對(duì)于評(píng)價(jià)結(jié)果的有較小的影響；當(dāng)管線處于長缺陷狀態(tài)下時(shí)，即當(dāng)量長度大于8，F(xiàn)olias鼓脹因子變現(xiàn)出較大的影響力，特別是NG-18評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)長缺陷管線時(shí)偏離誤差較大，只適合與對(duì)段缺陷腐蝕管線的評(píng)價(jià)，可有效避免較長缺陷管線計(jì)算實(shí)效壓力偏高；ASME B31G-1991，API 579 與DNV RP-F101對(duì)管線長短腐蝕缺陷評(píng)價(jià)結(jié)果較為穩(wěn)定，對(duì)長腐蝕缺陷管線的評(píng)價(jià)更為合理、準(zhǔn)確。

3.4 缺陷面積影響

管道剩余強(qiáng)度的評(píng)價(jià)指標(biāo)中腐蝕缺陷面積大小對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果影響較大[6-8]。一般主要分以下三種情況進(jìn)行缺陷面積的計(jì)算：A=Ld，A=0.67Ld，A=0.85Ld，定義 為減速比，計(jì)算結(jié)果如圖4所示。以A=0.85Ld計(jì)算的減速比曲線介于A=Ld（矩形面積）與A=0.67Ld（拋物線面積）計(jì)算曲線之間，計(jì)算的結(jié)果既不偏保守又不偏樂觀，評(píng)價(jià)結(jié)果較為準(zhǔn)確。在ASME B31G—1991和ASME B31G—2009評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中，均采用的是缺陷面積A=0.85Ld計(jì)算方法，評(píng)價(jià)結(jié)果合理。

結(jié) 論

在實(shí)際管線腐蝕缺陷剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)過程中，首先要根據(jù)該地區(qū)管道材質(zhì)、性能特征、管線使用年限以及對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果精確度要求，選取最為合適的評(píng)價(jià)方法。不同標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)方法，對(duì)剩余強(qiáng)度影響參數(shù)的計(jì)算均有所不同，進(jìn)而影響最終的評(píng)價(jià)結(jié)果。管線鋼材級(jí)別越高，不同定義下計(jì)算的流變壓力相差減小，鼓脹因子相對(duì)差逐漸變大，對(duì)管道剩余強(qiáng)度的影響較大。對(duì)于短缺陷長度管線，采取NG-18評(píng)價(jià)方法有較高精度評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)于長缺陷長度管線，其余三種方法則更為精確。ASME B31G-1991評(píng)價(jià)方法對(duì)腐蝕缺陷面積的計(jì)算精度較高，評(píng)價(jià)結(jié)果既不偏保守又不偏樂觀，評(píng)價(jià)結(jié)果較為準(zhǔn)確。

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