王增國 剛 蓓 鄭 莉 劉思嬌

（1、中海石油（中國）有限公司，天津300000 2、北京華航無線電測量研究所，北京100010）

長輸管道在石油與天然氣等介質(zhì)長時間的運行當(dāng)中，會產(chǎn)生腐蝕、凹槽、裂紋、點蝕等多種缺陷，由此也引發(fā)各種管道泄漏等安全性問題，在管道多種缺陷中，體積型缺陷在大面積上減薄了管道的壁厚，降低了管道的承壓能力，是導(dǎo)致管道漏油、漏氣、穿孔、爆破等嚴(yán)重事故的主要原因之一。

為避免此種問題產(chǎn)生，目前現(xiàn)行的多種標(biāo)準(zhǔn)均針對體積型缺陷推出了相應(yīng)的評價方法，主要包括：（1）由美國機械工程師協(xié)會頒布的ASME B31G 方法、RSTRENG 評價方法；（2）由英國燃?xì)夤荆˙G）和挪威船級社（DNV）合作開發(fā)的DNV 標(biāo)準(zhǔn)；（3）美國石油協(xié)會提出的API RP 579-2000 標(biāo)準(zhǔn)。以上多種評價方法均被廣泛應(yīng)用，本文針對以上方法的評價原則、適應(yīng)性、評價參數(shù)選擇進(jìn)行對比性分析研究，判斷不同工況下的適應(yīng)性標(biāo)準(zhǔn)。

1 ASME B31G 評價方法研究

ASME B31G 評估方法最初用于預(yù)測受腐蝕管道的爆裂壓力，通過較舊的管線鋼的全尺寸試驗進(jìn)行發(fā)展和驗證。主要應(yīng)用兩個缺陷參數(shù)（缺陷的長度和深度）、針對孤立缺陷進(jìn)行，適用于評估管材等級較低、管道服役年限長的老管道，評估結(jié)果偏保守。

1.1 Oringinal B31G 評價方法

含腐蝕型缺陷管道的失效壓力計算公式如下：

預(yù)測失效應(yīng)力：

式中，Sflow：材料流變應(yīng)力；A：缺陷剖面投影面積（針對較短缺陷將缺陷投影面積近似為拋物線形進(jìn)行計算；針對較長缺陷將缺陷投影面積近似為矩形進(jìn)行計算）；A0=L·t：缺陷處管道壁面積；臌脹系數(shù)M=（1+0.8z）1/2；等效長度z=L2/Dt；D：管道外徑；t：管道壁厚；L：缺陷軸向長度。

1.2 Modified B31G 評價方法

基于Oringinal 評價方法，Modified B31G 方法有以下更改：將缺陷剖面投影面積設(shè)定為拋物線面積和矩形面積平均值A(chǔ)=0.85L·d；根據(jù)等效長度大小更改臌脹系數(shù)值。

1.3 RSTRENG 評價方法

RSTRENG 評價方法在B31G 方法基礎(chǔ)上，采用了修正流動應(yīng)力值，即SfLow=SMYS+68.95，膨脹系數(shù)M值同Modified B31G方法。

1.4 評價方法對比

圖1 所示不同評價方式下失效壓力受等效長度、深度百分比變化影響圖，可以看出：

（1）失效壓力隨等效長度增長而減小，隨著深度百分比增加而減??；（2）Oringinal B31G 評價方法存在跳點，后兩種方式通過優(yōu)化分段函數(shù)避免了此問題；（3）在z＜20 條件下，保守性由高 到 低 為：Modified B31G＞Oringinal B31G＞RSTRENG；針 對z＞=20 條件下，保守性由高到低為：Oringinal B31G＞Modified B31G＞RSTRENG。

圖1 不同評價方式下失效壓力受等效長度、深度百分比變化影響圖

2 DNV RP F101 評價方法研究

DNV RP F101 通過現(xiàn)代高韌性管線鋼試驗進(jìn)行發(fā)展和驗證，主要用于評估高韌性管線鋼，它提供了兩種評價方法：分項安全系數(shù)法和許用應(yīng)力法。

2.1 分項安全系數(shù)法

該方法基于有限元結(jié)果、材料特性統(tǒng)計結(jié)果等信息的不確定性等級聯(lián)合考慮、使用了概率修正方程分項安全系數(shù)來確定腐蝕管道的許用操作壓力，主要適用于海底管道評估，分析流程如下：

中：αU為材料強度系數(shù)；fu為管線拉伸強度；SMTS 為最小拉伸強度；Q 為臌脹系數(shù)；（d/t）meas為深度百分比；fu，temp為由溫度導(dǎo)致的拉伸強度折減。

2.2 許用應(yīng)力法

該方法依據(jù)許用應(yīng)力設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)計算腐蝕缺陷的失效壓力，同分項安全系數(shù)法相比，該方法更適用于陸地管道評估，其失效壓力：

式中：臌脹系數(shù)Q 和管線拉伸強度fu的計算公式同分項安全系數(shù)法相同。

2.3 評價方法對比

分項安全系數(shù)法應(yīng)用了概率論評價思路，同時考慮了檢測的不確定性以及管材的不確定性，在評估結(jié)果上更為可靠；許用應(yīng)力法計算方面更為簡便，在評估參數(shù)較少的情況下更適宜采用。同傳統(tǒng)的ASME 采用屈服強度作為評估參數(shù)相比，DNV評價方法采用了拉伸強度作為評價的參數(shù)之一，由于其數(shù)據(jù)庫新，更適合于高強度管道評價。

3 API579 評價方法研究

本方法由美國石油協(xié)會發(fā)布，本文將重點描述局部金屬損失的一級評估方法。其主要流程如下：

4 含體積型缺陷管道評價方法對比

針對某次在陸地管道上的實際內(nèi)檢測數(shù)據(jù)，分別采用本文涉及的6 種評價方法進(jìn)行失效壓力計算，結(jié)果參見圖2 所示。從圖中可看出：

（1）ASME B31G 評價中Original B31G、Modified B31G 以及RSTRENG 評價結(jié)果在所有的評價方法中，總體評估結(jié)果偏保守；（2）DNV 分項安全系數(shù)法、許用應(yīng)力法以及API579 方法避免以上方法的保守性，總體評估結(jié)果相對更符合實際情況；（3）API579 方法失效壓力計算結(jié)果在4# 以及10# 樣例中發(fā)生突變，是由于這兩個信號的深度值較大，API579 方法對于缺陷深度的敏感度高于其它評價方法，其中10#缺陷從位于套筒下，已經(jīng)在本次檢測前完成了維修，而10#缺陷經(jīng)現(xiàn)場開挖驗證為一處高風(fēng)險點，業(yè)主也根據(jù)建議完成了維修實施，從而驗證了API579 評價方法更適用于本次的工況特征。

圖2 實際缺陷管道六種評價方法失效壓力對比

5 結(jié)論

本文分別針對Original B31G、Modified B31G、RSTRENG、DNV 分項安全系數(shù)法、DNV 許用應(yīng)力法、API579 等評價方法的具體內(nèi)容進(jìn)行了闡述和對比分析，采用一組在管道檢測的實例數(shù)據(jù)進(jìn)行了6 種方法的評價及結(jié)果對比。

結(jié)果表明Original B31G、Modified B31G、RSTRENG 方法具備一定的保守性；DNV 分項安全系數(shù)法、DNV 許用應(yīng)力法以及API579 評價方法避免了B31G 的保守性，在評估結(jié)果上也更為接近實際結(jié)果；API579 方法對缺陷深度的敏感度方面高于其它方法，在實際的評估中具有重要的意義，故針對本次實際管道也基于API579 評價結(jié)果向客戶提出了相應(yīng)的維修建議并通過開挖驗證確認(rèn)了其評估的準(zhǔn)確性。

在實際的應(yīng)用中還需要針對實際的工況進(jìn)行參數(shù)的選取和確定方可最有效評估各個缺陷的剩余強度，為管道的整體性評價提供良好的數(shù)據(jù)支撐。