含腐蝕缺陷管道安全評價準(zhǔn)則選擇探討

（中國石油管道局工程有限公司第四分公司，河北 廊坊 065000）

0 引言

外腐蝕是威脅管道安全的重要因素，造成管體金屬損失和降低管道承壓能力，加之自然原因、第三方破壞的影響，極易導(dǎo)致管道泄漏或失效斷裂事故[1]。我國長輸管道全面實施GB 32167-2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、行業(yè)實踐及管道企業(yè)運(yùn)行策略，結(jié)合管道歷史失效事故開展剩余強(qiáng)度評價與剩余壽命預(yù)測，確定不同類型缺陷的可接受準(zhǔn)則[2]。本文重點(diǎn)研究外腐蝕缺陷評價準(zhǔn)則，闡述了國際通用的管道缺陷安全評價標(biāo)準(zhǔn)適用范圍、應(yīng)用條件和準(zhǔn)確性。

1 管道缺陷安全評價發(fā)展歷程

國外針對管道腐蝕破壞機(jī)理和極限承載力開展了深入研究[3]。1984年美國機(jī)械工程師學(xué)會發(fā)布ASME B31G標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計大量管道失效案例數(shù)據(jù)，擬合形成已腐蝕管道剩余強(qiáng)度的經(jīng)驗公式。1991年ASME對B31G方法中進(jìn)行流變應(yīng)力和Folias系數(shù)修正。1999年英國標(biāo)準(zhǔn)委員會出版BS 7910《金屬結(jié)構(gòu)裂紋驗收評定方法指南》，成為國際海底管道工程評定驗收準(zhǔn)則。挪威船級社DNV開發(fā)了DNVRP-F101 規(guī)范，以及新研發(fā)的PCORRC（Pipeline Corroosion Criterion方法進(jìn)一步改進(jìn)計算方法的保守原則。

2 管道缺陷安全評價標(biāo)準(zhǔn)

2.1 美國ASME B31G評價準(zhǔn)則

美國標(biāo)準(zhǔn)ASME B31G-2012《確定已腐蝕管線剩余強(qiáng)度的手冊》管道剩余強(qiáng)度依據(jù)缺陷深度和長度，提出了在役管道最大允許壓力。該準(zhǔn)則主要評價表征孤立型缺陷，適用于低鋼級管道、老齡化管道。管道失效壓力

式中pf管道事故壓力，MPa；σs管材屈服強(qiáng)度，MPa；L缺陷長度，mm；d缺陷深度，mm；t管道壁厚，mm；D管道直徑，mm；M是Folias系數(shù)，。

2.2 修正的ASME B31G評價準(zhǔn)則

基于ASME B31G評價準(zhǔn)則，將腐蝕缺陷投影有效面積修正為0.85dl，考慮管材韌性指標(biāo)修正了流變應(yīng)力和Folias系數(shù)，形成修正的ASME B31G評價準(zhǔn)則，該方法一定程度上改進(jìn)了ASME B31G 評價準(zhǔn)則的不足，一定程度上提高了計算精度。管道失效壓力。

2.3 英國BS 7910評價準(zhǔn)則

英國標(biāo)準(zhǔn)BS 7910-2019《金屬結(jié)構(gòu)裂紋驗收評定方法指南》管道失效壓力計算公式：

式中R1管道內(nèi)徑，mm；R2管道外徑，mm；流變應(yīng)力，取值為抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的平均值與屈服強(qiáng)度1.2倍較大者。σb材料抗拉強(qiáng)度，MPa。

2.4 挪威船級社DNV-RP-F101評價準(zhǔn)則

挪威船級社DNV-RP-F101-2004《腐蝕管道評價推薦做法》適用于X65～X80鋼級管道內(nèi)腐蝕和外腐蝕的表面缺陷，以及焊縫缺陷（孤立缺陷、 交互缺陷、復(fù)雜缺陷），不適用于缺陷深度大于管道壁厚85%的情形和鋼級超過X80的管道。管道失效壓力：

式中流變應(yīng)力 σf=σb，Q缺陷長度校正系數(shù)。

2.5 PCORRC評價準(zhǔn)則

PCORRC評價準(zhǔn)則（Pipeline Corrosion Criterion）針對X65～X80中高強(qiáng)度等級管道因塑性超限導(dǎo)致管道失效的情形。該準(zhǔn)則針對高鋼級含缺陷管道安全性評價結(jié)果較準(zhǔn)確，針對低鋼級管道誤差較大。

式中流變應(yīng)力 σf=σb；R管道外徑和內(nèi)徑的平均值，mm。

2.6 管道缺陷安全評價準(zhǔn)則比選

收集50例不同鋼級（X42～X100）含腐蝕缺陷的管道規(guī)格、缺陷特征和失效壓力數(shù)據(jù)，比較ASME B31G、修正的 ASME B31G、BS7910、DNV-RPF101 和 PCORRC五種評價準(zhǔn)則的準(zhǔn)確性（如圖1所示）。

（1）ASME B31G準(zhǔn)則的計算誤差對于所有鋼級管道均較大；

（2）修正的ASME B31G準(zhǔn)則計算誤差較ASME B31G準(zhǔn)則理想，但相對其他準(zhǔn)則，準(zhǔn)確性仍較差；

（3）BS 7910準(zhǔn)則略優(yōu)于ASME B31G準(zhǔn)則和修正的ASME B31G準(zhǔn)則，針對X60以上鋼級管道，準(zhǔn)確性較好；

（4）DNV-RP-F101準(zhǔn)則和PCORRC準(zhǔn)則最優(yōu)，更適用于X60以上鋼級管道腐蝕缺陷評價。

圖1 管道缺陷評價準(zhǔn)則比較

3 結(jié)語

（1）根據(jù)管道運(yùn)行狀況和缺陷特征，考慮上述評價準(zhǔn)則的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，選擇有針對性的評價準(zhǔn)則；

（2）美國ASME B31G準(zhǔn)則和修正的ASME B31G準(zhǔn)則偏于保守，對于所有鋼級管道計算誤差均較大；

（3）BS 7910準(zhǔn)則、DNV RP-F101準(zhǔn)則和PCORRC準(zhǔn)則適用于中高鋼級含缺陷管道安全性評價，其中DNV RP-F101準(zhǔn)則和 PCORRC準(zhǔn)則最優(yōu)；

（3）隨著計算機(jī)技術(shù)和有限元理論的發(fā)展，針對復(fù)雜結(jié)構(gòu)缺陷和多種載荷耦合的含缺陷管道，可進(jìn)行有限元數(shù)值計算和可靠性評定。