SY/T 6477-2014含缺陷油氣輸送管道剩余強度評價方法先進性分析及軟件開發

趙 樂,段慶全,唐國平

(中國石油大學(北京)機械與儲運工程學院，昌平 102249)

SY/T 6477-2014含缺陷油氣輸送管道剩余強度評價方法先進性分析及軟件開發

趙 樂,段慶全,唐國平

(中國石油大學(北京)機械與儲運工程學院，昌平 102249)

介紹了SY/T 6477-2014標準與之前版本的差異和完善之處，同時介紹了如何運用該標準進行剩余強度評價來確定已知缺陷所允許服役載荷、剩余壽命、檢驗周期等。為便于工程實際應用，基于此標準開發了剩余強度評價軟件，包含數據管理與系統管理功能模塊。以油氣輸送管道均勻腐蝕缺陷為例，介紹了所開發軟件的評價過程，驗證了軟件的適用性。

SY/T 6477-2014標準；剩余強度評價；體積型缺陷；彌散型缺陷;裂紋型缺陷

大口徑、高鋼級管道高壓輸送是油氣管道工程的發展趨勢，越來越多的石油天然氣管道使用X80甚至X100等更高級別管線鋼[1]。2014年10月,國家能源局發布了SY/T 6477-2014《含缺陷油氣輸送管道剩余強度評價方法標準》，以評價高級管道的剩余強度。本工作深入研究了SY/T 6477-2014標準，介紹了該標準與之前版本的差異及其先進性。

此外,為便于SY/T 6477-2014標準的工程應用，在相關文獻的基礎上以Visual Studio 2010作為開發工具[2-6]、用C#編程語言，采用Browser/Server結構開發了剩余強度評價軟件，以期在保證計算結果準確性的基礎上，減少評價人員的工作量，節省評價時間，便于工程實用。

1 SY/T 6477-2014標準

SY/T 6477-2014標準代替并整合了SY/T 6477-2000和SY/T 6477-2012評價方法，增加了關于彌散型缺陷的評價內容[7]。針對管道工程中常見的體積型缺陷、含裂紋型缺陷、彌散型缺陷，SY/T 6477-2014標準以對管道缺陷的定量檢測為基礎，通過理論分析、試驗測試和力學計算等方法，確定管道的最大許用工作壓力(pMAW)和當前工作條件下的最大允許缺陷尺寸，為管道的維修、更換以及變壓操作等提供參考，根據缺陷的動力學發展規律和材料性能退化規律，計算出缺陷管道的剩余安全服役時間，為管道檢測周期的確定提供科學依據[8]。對于管體腐蝕、表面金屬損失等缺陷選用含體積型缺陷管道剩余強度評價方法；對于管體上存在的裂紋缺陷、焊縫上的裂紋、咬邊等缺陷選擇裂紋型缺陷評價方法；對管體上存在的氫鼓泡、點腐蝕等缺陷選用彌散型損傷缺陷評價方法。

1.1 體積型缺陷評價方法和判據

SY/T 6477-2014中對體積型缺陷的評價方法有較大的完善和改進，降低了評價結果的保守性，評價方法依然分為點測厚法和危險厚度截面法。通過測量腐蝕區域的管道剩余壁厚，即對腐蝕缺陷量化選擇合適的評價方法，若剩余壁厚與最小要求壁厚之比大于0.7，宜采用點測厚法進行評價；其余情況宜采用厚度截面法進行評價。

1.1.1 點測厚法

采用點測厚法對腐蝕缺陷進行量化時，依據腐蝕區域面積確定測厚點的數量，推薦在腐蝕區域內至少選擇15個厚度測試點。首先確定最小測量壁厚，若變異系數(ζ)大于10%，則應按照危險厚度截面法進行評價。SY/T 6477-2014修正了最小要求壁厚的計算和評價判據，引入參量tlim，使得評價判據更為寬松，修正了二級評價最大允許工作壓力(pMAW)的計算，降低了評價結果的保守性，減短了管道的檢測、維修和更換周期。對比了新舊標準關于修正的最大允許工作壓力pMAW,r的算法,見表1。表中:lFCA為未來腐蝕裕量，mm;tam為平均厚壁厚，mm;tloss為平均減薄壁厚,mm;pMAW,L為軸向最大許用應力，MPa;pMAW,C為環向最大許用應力，MPa;D0為外徑，mm;FRS為剩余強度因子；FRS，a為許用剩余強度因子；E為彈性模量，MPa;p為許用壓力，MPa;σy為屈服強度,MPa;R為半徑，mm;tsl為附加壁厚，mm;F為管道設計系數。

1.1.2 危險厚度截面法

表1 點測厚法PTR差異性對比

采用危險厚度截面法，應首先確定每個檢測截面的方向和長度，沿每個檢測截面間隔測量剩余壁厚，并確定每個測量截面的最小值，在所有平行檢測截面上，每個測量位置的最小厚度向進行同一平面投影得到危險厚度截面(CTP)，通過軸向CTP和環向CTP確定軸向腐蝕缺陷尺寸和環向腐蝕缺陷尺寸。SY/T 6477-2014修正了剩余厚度比Rt，均厚長度L、Q因子的算法，引入參量tlim，修正了二級評價最大允許工作壓力pMAW,r的計算，新舊標準評價算法改進對比如表2所示。

1.2 局部腐蝕評價方法和判據

SY/T 6477-2014標準中對局部腐蝕缺陷的評價僅考慮內壓作用，沒有考慮環向缺陷長度的影響，去掉了溝槽狀缺陷和附加復雜載荷作用下的缺陷評價方法，修正了剩余厚度比Rt、殼體參數λ和軸向尺寸曲線方程，引入參量tlim。較之前的版本，在求解剩余強度系數時，修正了Mt因子，提高剩余強度系數的精確度，減少了評價結果的保守性。局部腐蝕缺陷評價最大允許工作壓力pMAW,r的計算較之前版本的差異性對比如表3所示。

1.3 裂紋型缺陷評價方法

含裂紋型缺陷評價針對管體裂紋、焊縫裂紋(未融合、未焊透)以及服役過程中產生的應力腐蝕裂紋、氫致裂紋，通過失效評估圖確定裂紋缺陷是否可以接受，在評價過程中使裂紋型缺陷尺寸微小增量，直至計算的評價點落在失效評定曲線(FAD)上，進而得出極限缺陷尺寸。

SY/T 6477-2014標準刪除了軸向穿透型裂紋、環向穿透型裂紋、埋藏型裂紋的評價方法，并針對X80管道在管道工程中的實際應用，增加了X80管線鋼的評估方法，所用到的評估曲線方程如表4所示。

表2 危險厚度截面法(CTP)差異性對比

表3 局部腐蝕缺陷評價差異性對比

表4 X80管線鋼評估曲線方程

標準還提供了材料屈服強度和抗拉強度的確定方法，基于夏比沖擊功，給出了估算斷裂韌性的計算公式，考慮了殘余應力和焊縫焊后熱處理的影響，通過Paris公式確定裂紋的擴展規律，進行疲勞剩余壽命預測。

1.4 含彌散損傷型管道剩余強度評價

管道彌散損傷型缺陷主要是指點腐蝕和氫鼓泡缺陷，目前對該類缺陷的評價方法，一般是借用體積型缺陷的評價方法，評價結果偏于保守，SY/T 6477-2014將管道彌散損傷型缺陷視作孔洞型均勻損傷材料，基于損傷力學，通過研究缺陷損傷隨時間演化規律、損傷沿壁厚方向分布規律和損傷材料宏觀力學性能退化規律，建立含彌散損傷型缺陷管道的極限承壓能力工程評價方法，相比于API RP579:2007，評價方法簡單，便于工程實際應用。

評價方法和判據：

① 測量管道有效彈性模量，計算孔隙率E=Eo(1-2.01φ)；

④ 輸入管道工作壓力p，判斷管道在當前孔隙率情況下能否安全運行，若p≤po，則管道可以在當前工作壓力下運行，否則若p>po，管道不能安全運行，管道最大允許工作壓力為po。

2 軟件評價

由于SY/T 6477-2014標準評價流程步驟繁多，又涉及許多參數和圖表查閱，使得安全評價工作過于復雜，且人工計算容易帶來誤差，這對工程中的實際應用造成諸多不便。目前對該標準的研究多為保守性分析以及針對某工程構件特定缺陷的具體評價應用，并沒有基于此標準可以廣泛應用的評價軟件。為便于SY/T 6477-2014評價標準的工程應用，開發了剩余強度評價軟件，該軟件具有以下優點：① 軟件界面簡單；② 軟件使用方便，適用性強；③ 計算結果準確可靠，人員工作量少，評價時間短；④ 軟件安裝和維護方便，可遠程對缺陷構件進行診斷。

采用以SY/T 6477-2014標準為基礎所開發的軟件來評價某含有均勻腐蝕缺陷的管道，管道直徑D為1 219 mm，管道公稱壁厚t為18.4 mm，管道設計運行壓力pMAW為12 MPa，泊松比v為0.3，設計系數為0.72，焊縫系數Ek取0.9，許用剩余強度系數FRS,a為0.9，未來腐蝕裕量lFCA為1.9 mm,材料最低屈服強度σys為555 MPa，按照標準規定和金屬損失特點應屬于均勻腐蝕缺陷，壁厚變異系數小于10%，所以使用點測厚法進行剩余強度評價。將相關參數輸入到所開發軟件界面，評價結果見圖1。

圖1 均勻腐蝕缺陷軟件評價界面Fig. 1 Evaluation interface of software for uniform corrosion defects

3 結論

(1) SY/T 6477-2014標準修正了體積型缺陷Rt、L、FRS,a等參數的計算和評價判據，改進了最大許用工作壓力的計算方法，評價結果保守性降低。

(2) 標準增加針對X80管道的評估方法和剩余壽命預測，擴展了標準的適用范圍。

(3) 基于極限承壓能力工程評價方法，增加了對含彌散型缺陷古管道的剩余強度評，評價方法簡單，便于工程實際應用。

(4) 基于SY/T 6477-2014標準開發出評價軟件，經過多次軟件測試和比對，計算結果準確度較高，軟件應用效果良好。

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Analysis and Software Development of SY/T 6477-2014 Evaluation methods of Remaining Strength for Oil & Gas Transmission Pipeline with Flaws

ZHAO Le, DUAN Qingquan, TANG Guoping

(College of Mechanical and Transportation Engineering, China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China)

The differences between standard SY/T 6477-2014 and previous versions are inclroduced, and how to use these methods to perform residual strength assessment and evaluation are also introduced, so as to determine whether the facility with known defects is able to provide continuous service under the condition of existing load, then to calculate residual life and inspection cycle. For convenience of practical engineering, the assessment system of remaining strength for long-distance pipelines is developed, with function modules of data management and system management included. Taking uniform corrosion defect of oil pipe as an example, this paper introduces the assessment process of the software to verify the applicability of it.

SY/T 6477-2014 standard； residual strength assessment； volume-scale defect； dispersive defect； crack-like flaw

10.11973/fsyfh-201705006

2015-07-14

中國石油大學(北京)青年教師專項培養基金(KYJJ2012-04-26)

趙 樂(1989-)，博士研究生，主要從事油氣裝備失效分析與完整性管理等研究，15210870501，youxiazhao@126.com

TG172

B

1005-748X(2017)05-0349-04