腐蝕缺陷管道剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法對(duì)比及應(yīng)用

康 也，郝 敏*，馬思達(dá)

（沈陽(yáng)化工大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110142）

國(guó)家能源的開(kāi)采與運(yùn)輸都會(huì)應(yīng)用管道，對(duì)管道性能要求很高，而且需要定期進(jìn)行安全檢查，油氣運(yùn)輸管道大多埋于地下，在運(yùn)輸過(guò)程中，管道出現(xiàn)介質(zhì)腐蝕和機(jī)械損傷導(dǎo)致的管壁變薄現(xiàn)象[1]。因此，及時(shí)對(duì)油氣管道進(jìn)行剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)至關(guān)重要。近年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)管道剩余強(qiáng)度準(zhǔn)則適用性展開(kāi)了一系列的研究。青松鑄[2]等對(duì)ASME B31G-2012[3]標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分析，表明流變應(yīng)力的影響隨鋼級(jí)的增大而降低，較低的流變應(yīng)力保守性高，留有裕量較大。

1 油氣管道剩余評(píng)價(jià)規(guī)范

目前，國(guó)際上主流的評(píng)價(jià)方法有 ASME B31G 準(zhǔn)則、修正B31G 法、C-Fer 法、DNV-RP-F101 規(guī)范、美國(guó) Battle實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的 PCORRC 法等。

1.1 PCORRC準(zhǔn)則

1.2 DNV RP-F101準(zhǔn)則

2 不同方法的適用性分析

為了研究上述6種方法的適用性，借鑒文獻(xiàn)中所給出的含體積型缺陷鋼管的爆破實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。

表1 各鋼級(jí)管道基本參數(shù)

19 X65 762.00 17.50 8.80 100.00 24.30 20 X65 762.00 17.50 8.80 300.00 19.08 21 X70 1219.20 19.89 15.41 605.70 7.60 22 X70 1219.20 19.89 4.12 603.50 21.40 23 X70 1219.20 19.89 7.44 605.70 17.70 24 X70 1219.20 19.89 1.77 607.70 23.30 25 X70 1219.20 13.79 10.78 588.40 4.70 26 X80 457.00 8.10 5.39 39.60 22.00 26 X80 457.00 8.10 5.39 39.60 22.00 27 X80 1219.00 19.89 15.41 605.72 9.30 28 X80 1219.00 19.89 7.44 605.72 17.70 29 X80 1219.00 19.89 1.77 607.74 23.30 30 X80 1219.00 13.79 10.78 588.37 5.20

2.1 低強(qiáng)度鋼油氣管道剩余強(qiáng)度分析方法對(duì)比

鋼材序號(hào)1-10的低強(qiáng)度鋼油氣管道剩余強(qiáng)度分析方法計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 低強(qiáng)度鋼剩余強(qiáng)度分析方法對(duì)比

修正的B31G準(zhǔn)則計(jì)算結(jié)果接近管道爆破壓力，修正的B31G優(yōu)于傳統(tǒng)的B31G準(zhǔn)則，更適合低強(qiáng)度鋼剩余強(qiáng)度評(píng)定。對(duì)于PCORRC和DNV RP-F101準(zhǔn)則，計(jì)算結(jié)果有四組過(guò)于接近爆破壓力，因此PCORRC和DNV RP-F101準(zhǔn)則不適合評(píng)定X42,X46兩種鋼材。

2.2 中強(qiáng)度鋼油氣管道剩余強(qiáng)度分析方法對(duì)比

鋼材序號(hào)11-20的中強(qiáng)度鋼油氣管道剩余強(qiáng)度分析方法計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 中強(qiáng)度鋼剩余強(qiáng)度分析方法對(duì)比

修正后的B31G方法不適合評(píng)價(jià)中等強(qiáng)度鋼油氣管道剩余強(qiáng)度。PCORRC準(zhǔn)則以及 DNV RP-F101準(zhǔn)則的評(píng)估結(jié)果接近管道爆破壓力，對(duì)中高強(qiáng)度鋼油氣管道，用PCORRC準(zhǔn)則以及DNV RP-F101準(zhǔn)則進(jìn)行剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)有明顯優(yōu)勢(shì)。

2.3 高強(qiáng)度鋼油氣管道剩余強(qiáng)度分析方法對(duì)比

鋼材序號(hào)21-30的高強(qiáng)度鋼油氣管道剩余強(qiáng)度分析方法計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3。

傳統(tǒng)的B31G準(zhǔn)則和修正的B31G準(zhǔn)則評(píng)價(jià)高強(qiáng)度鋼有一定的不穩(wěn)定性，不可用于對(duì)高強(qiáng)度鋼的剩余強(qiáng)度評(píng)定。但是PCORRC準(zhǔn)則以及DNV RP-F101準(zhǔn)則在評(píng)價(jià)高強(qiáng)度鋼管道時(shí)，表現(xiàn)有良好的適用性，PCORRC準(zhǔn)則和DNV RP-F101準(zhǔn)則計(jì)算的剩余強(qiáng)度曲線非常接近且相互平行，表示這 2 種方法在對(duì)高強(qiáng)度鋼管道進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)有很高的相似性。因此，在對(duì)高強(qiáng)度鋼的油氣管道進(jìn)行剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)時(shí)，優(yōu)先選用PCORRC準(zhǔn)則以及DNV RP-F101準(zhǔn)則。

3 結(jié)論

（1）對(duì)于低強(qiáng)度鋼，修正B31G準(zhǔn)則計(jì)算的剩余強(qiáng)度結(jié)果更接近管道的爆破壓力，更適合評(píng)價(jià)中低強(qiáng)度鋼。傳統(tǒng)的B31G準(zhǔn)則、計(jì)算出剩余強(qiáng)度結(jié)果偏小，具有一定的保守性。

（2）傳統(tǒng)的B31G準(zhǔn)則、修正的B31G準(zhǔn)則對(duì)于評(píng)定高強(qiáng)度鋼有一定的不穩(wěn)定性，不可用于對(duì)高強(qiáng)度鋼的剩余強(qiáng)度評(píng)定。但PCORRC準(zhǔn)則以及DNV RP-F101準(zhǔn)則在評(píng)價(jià)高強(qiáng)度鋼管道時(shí)表現(xiàn)有良好的適用性，且計(jì)算的剩余強(qiáng)度結(jié)果相近。因此，在對(duì)高強(qiáng)度鋼的油氣管道進(jìn)行剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)時(shí)，優(yōu)先選用PCORRC方法以及DNV RP-F101方法。