馬 彬， 江 楓， 馬旭卿

(北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)研究院，北京100011)

1 概述

近年來，隨著北京市城市建設(shè)向現(xiàn)代化、國際化方向發(fā)展，城市燃?xì)夤艿腊l(fā)展迅速，覆蓋北京各城區(qū)和大部分郊區(qū)縣，燃?xì)夤艿腊踩珕栴}日漸突出[1-3]。因此，在城市燃?xì)夤艿劳七M(jìn)完整性管理，有效防范管道事故，對(duì)于保障北京市城市安全至關(guān)重要。

目前，我國基本上已掌握長(zhǎng)輸油氣管道完整性管理的關(guān)鍵技術(shù)[4-5]。與長(zhǎng)輸油氣管道相比，城市燃?xì)夤艿谰哂忻黠@不同的特點(diǎn)，比如：壓力級(jí)別多、呈網(wǎng)狀分布、隨城市建設(shè)逐步敷設(shè)、管材規(guī)格多、周邊環(huán)境復(fù)雜、人口密集、雜散電流干擾、第三方破壞情況較多、受內(nèi)壓和道路上方車輛載荷聯(lián)合作用等。這些差異性決定了城市燃?xì)夤艿赖耐暾怨芾矸椒ú荒芡耆瞻衢L(zhǎng)輸管道[6-8]。本文深度分析城市燃?xì)夤艿赖奶攸c(diǎn)，研究受腐蝕影響下在役燃?xì)夤艿赖膹?qiáng)度評(píng)價(jià)方法。

2 燃?xì)夤艿捞卣?/h2>

2.1 管道事件原因

2007年至2017年北京燃?xì)饧瘓F(tuán)的戶外管道事件數(shù)據(jù)見表1，從表1可以發(fā)現(xiàn)：腐蝕所導(dǎo)致的戶外管道事件比例最高，占總事件的54%，這表明腐蝕是威脅燃?xì)夤艿腊踩闹饕颉?/p>

表1 2007年至2017年北京燃?xì)饧瘓F(tuán)戶外管道事件比例

2.2 腐蝕缺陷類型

燃?xì)夤艿乐写嬖诘母g缺陷類型主要有3種：均勻腐蝕缺陷、點(diǎn)蝕缺陷和面蝕缺陷。其中均勻腐蝕缺陷易發(fā)生在早期建設(shè)的管道中，因之前輸送人工煤氣，導(dǎo)致管道內(nèi)壁可能發(fā)生均勻腐蝕，均勻腐蝕可以看作管壁的均勻減??；點(diǎn)蝕缺陷雖然面積不大，但極易發(fā)生穿孔，造成管道泄漏事故的發(fā)生；面蝕是最常見的缺陷類型，面蝕對(duì)管道的影響因素很多，面蝕的長(zhǎng)度、寬度、深度和在管道上的分布位置都對(duì)管道的承載能力有影響。

2.3 載荷特點(diǎn)

埋地燃?xì)夤艿罆?huì)受到多種載荷的共同作用，主要受到內(nèi)壓及覆蓋土層和車輛等外載荷的聯(lián)合作用[9-11](見圖1)。內(nèi)壓使管道產(chǎn)生環(huán)向應(yīng)力，引起管道膨脹變形，當(dāng)環(huán)向應(yīng)力超過材料的許用極限時(shí)，管道會(huì)因喪失承載力而發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞。外載荷使管道產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，引起管道橫截面發(fā)生“橢圓化”變形，過大的變形也會(huì)導(dǎo)致管道結(jié)構(gòu)性破壞，影響管道的正常使用。

管道外載荷可以分為土載荷和車輛載荷，土載荷傳遞到管頂?shù)妮d荷由管道埋深決定，埋深越大，土載荷越大。車輛載荷傳遞到管頂?shù)妮d荷由車輛自重和管道埋深決定。當(dāng)車輛自重一定時(shí)，埋深越大，傳遞到管頂?shù)妮d荷越小。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTG B01-2003《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》第6章“汽車及人群載荷”中規(guī)定了不同汽車類型的重量，其中55 t型汽車的單輪壓車載最大，因此在下面的研究中都以55 t汽車為例開展研究。以55 t汽車車載為例，計(jì)算出沿管道長(zhǎng)度方向單位長(zhǎng)度上所受的管道外載荷隨埋深(以下埋深均指管頂至地面的距離)的變化，見圖2。分析發(fā)現(xiàn)，由土載荷和車輛載荷組成的管道總外載荷隨埋深的變化不大，在管道埋深為1.28 m時(shí)管道總外載荷最小，當(dāng)管道埋深小于或大于1.28 m時(shí)，管道總外載荷略微增加，但幅度很小。因此在接下來的研究中，不再把管道埋深作為研究對(duì)象，統(tǒng)一將管道埋深設(shè)定為2 m。

圖1 燃?xì)夤艿垒d荷特征

圖2 沿管道長(zhǎng)度方向單位長(zhǎng)度上所受的管道外載荷隨埋深的變化

3 含面蝕缺陷不同壓力級(jí)別管道載荷分析

點(diǎn)蝕缺陷主要考慮點(diǎn)蝕穿孔對(duì)管道氣密性的影響，主要關(guān)注點(diǎn)蝕穿孔直徑對(duì)管道的影響。均勻腐蝕主要出現(xiàn)在運(yùn)行逾30 a輸送過人工煤氣的老管道，此類管道已經(jīng)非常少。面蝕缺陷是最普遍存在的缺陷，因此本文僅對(duì)含面蝕缺陷的不同壓力級(jí)別管道的內(nèi)壓和外載荷情況進(jìn)行分析。

為了研究?jī)?nèi)壓與外載荷之間的相互作用關(guān)系，采用Abaqus軟件分別建立了含面蝕缺陷管道的有限元模型，模擬了管道在不同壓力級(jí)別的內(nèi)壓和外載荷聯(lián)合作用時(shí)，管道的變形及應(yīng)力狀態(tài)，并與內(nèi)壓、外載荷單獨(dú)作用時(shí)的情形相比較。計(jì)算工況為55 t型汽車，管道埋深2 m，管道尺寸為D508×8.0和D508×9.5，缺陷尺寸為寬(以圓心角θ表示)為30°，深度分別為25%的壁厚和50%的壁厚。缺陷寬度示意見圖3。模擬結(jié)果見表2。本文中所有應(yīng)力均指Mises應(yīng)力。

圖3 缺陷寬度為θ的管道橫截面

通過表2可以看出，當(dāng)內(nèi)壓和外載荷同時(shí)存在時(shí)，兩者會(huì)形成一種相互作用的關(guān)系。對(duì)于中低壓管道，壓力級(jí)別較低，內(nèi)壓引起的環(huán)向應(yīng)力和管道膨脹變形均較小，可以忽略內(nèi)壓的作用，此時(shí)外載荷對(duì)管道的影響占主導(dǎo)作用。隨著壓力升高，次高壓管道的膨脹變形和環(huán)向應(yīng)力都會(huì)增大，膨脹變形會(huì)削弱外載荷引起的部分“橢圓化”變形，同時(shí)環(huán)向應(yīng)力會(huì)與外載荷引起的彎曲應(yīng)力疊加，兩種載荷對(duì)管道的作用相當(dāng)。而對(duì)高壓管道，內(nèi)壓降低了管道因外載荷作用而產(chǎn)生的變形，增大了管道應(yīng)力，因此內(nèi)壓起主要作用。

表2 不同壓力級(jí)別的燃?xì)夤艿纼?nèi)壓與外載荷的作用情況

通過上面的研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于含面蝕缺陷的不同壓力級(jí)別的燃?xì)夤艿肋M(jìn)行剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)時(shí)，采用的評(píng)價(jià)方法不同。對(duì)于中低壓燃?xì)夤艿?，?yīng)做管道的外載荷承載能力評(píng)價(jià)，以變形作為評(píng)價(jià)依據(jù)；對(duì)于次高壓燃?xì)夤艿?，?yīng)同時(shí)做管道的內(nèi)壓及外載荷承載能力評(píng)價(jià)，分別以管道缺陷處的應(yīng)力和變形作為評(píng)價(jià)依據(jù)；對(duì)于高壓燃?xì)夤艿?，?yīng)做管道的內(nèi)壓承載能力評(píng)價(jià)，以管道缺陷處的應(yīng)力作為評(píng)價(jià)依據(jù)。目前，對(duì)于含缺陷管道的內(nèi)壓承載能力評(píng)價(jià)，國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)很成熟，而對(duì)含缺陷管道承受外載荷能力的評(píng)價(jià)方法，在國內(nèi)外的標(biāo)準(zhǔn)中仍是空白。

4 燃?xì)夤艿劳廨d荷承載能力評(píng)價(jià)方法

對(duì)于燃?xì)夤艿?，外載荷會(huì)導(dǎo)致管頂下凹，同時(shí)兩側(cè)管壁外凸，最終使管道截面出現(xiàn)橢圓化現(xiàn)象，即管壁產(chǎn)生不均勻徑向變形。對(duì)管道的外載荷承載能力進(jìn)行評(píng)價(jià)也就是要研究管道抗變形的能力，而目前國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中尚無含缺陷管道的外載荷承載能力評(píng)價(jià)方法，因此，研究外載荷作用下含缺陷管道的評(píng)價(jià)方法十分重要。在管道外載荷的承載能力評(píng)價(jià)研究中，不考慮內(nèi)壓對(duì)管道的影響。

4.1 完好管道的外載荷承載能力評(píng)價(jià)

國內(nèi)外對(duì)完好管道外載荷承載能力的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要有：加拿大的CSA Z662-2007《Oil and gas pipeline systems》(《油氣管道系統(tǒng)》)和我國的GB 50332—2017《給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50251—2015《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》及GB 50253—2014《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》。這些標(biāo)準(zhǔn)均采用Spangler-lowa方法來評(píng)價(jià)管道受外載荷作用時(shí)的變形率是否滿足要求。

圖4 Spangler-lowa方法的管道載荷分布

GB 50251—2015《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.1.4條規(guī)定的Spangler-lowa方法見式(1)，通過計(jì)算管道水平直徑變形率(為管道水平方向外直徑變形量與管道原始外直徑之比)來判斷管道是否失效。當(dāng)管道水平直徑變形率超過3%時(shí)，認(rèn)為管道失效。

(1)

式中 ΔDs——完好管道水平外直徑變形量，mm

Z——管道變形滯后系數(shù)，取值范圍為1～1.5

K——土壤基床系數(shù)

Fc——單位長(zhǎng)度管道管頂受到的垂直荷載，N/mm，包括土壤、管道上方如房屋等永久占?jí)何锂a(chǎn)生的載荷及地面可變載荷傳遞到管道上的載荷

D——管道外直徑，mm

E——管材彈性模量，N/mm2

I——單位管長(zhǎng)截面慣性矩，mm3

E′——土壤反作用彈性模量，N/mm2，應(yīng)采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值，當(dāng)無實(shí)測(cè)資料時(shí)，按照GB 50251—2015附錄D的規(guī)定取值

4.2 含缺陷管道的外載荷承載能力評(píng)價(jià)

采用理論計(jì)算、有限元建模計(jì)算和數(shù)學(xué)擬合的方法分別研究含3種常見腐蝕缺陷(均勻腐蝕、點(diǎn)蝕和面蝕)管道的外載荷承載能力評(píng)價(jià)方法。3種缺陷特點(diǎn)不同，評(píng)價(jià)方法各異。

4.2.1 含均勻腐蝕缺陷管道外載荷承載能力評(píng)價(jià)

含均勻腐蝕缺陷可以看作完好管道管壁的均勻減薄，采用Spangler-lowa方法(即公式1)計(jì)算出各種外直徑的管道受55 t汽車最大單輪壓車載作用下的最小公稱壁厚。計(jì)算條件為：管道埋深2 m，回填土重度1.8×10-5N/mm3，管頂外載荷約34 000 N/mm，管材為Q235，管材彈性模量為210×103N/mm2，管道變形滯后系數(shù)取1，土壤基床系數(shù)為0.108，土壤反作用彈性模量為1×103N/mm2。計(jì)算結(jié)果見表3。對(duì)比Spangler-lowa方法的計(jì)算結(jié)果與GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》第6.3.1條對(duì)鋼質(zhì)燃?xì)夤艿雷钚」Q壁厚的規(guī)定值，可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)管道外直徑較小時(shí)(≤700 mm)，Spangler-lowa方法的計(jì)算結(jié)果小于GB 50028—2006的規(guī)定值，因此可以用GB 50028—2006規(guī)定的最小公稱壁厚評(píng)價(jià)管道的均勻減??；當(dāng)管道外直徑較大時(shí)(>700 mm)，Spangler-lowa方法的計(jì)算結(jié)果大于GB 50028—2006的規(guī)定值，如果考慮外載荷對(duì)管道的影響，應(yīng)該按照Spangler-lowa方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表3 最小公稱壁厚

4.2.2 含點(diǎn)蝕缺陷的管道外載荷承載能力評(píng)價(jià)

點(diǎn)蝕穿孔是點(diǎn)蝕最嚴(yán)重的情況，研究不同穿孔半徑對(duì)燃?xì)夤艿劳廨d荷承載能力的影響，采用Abaqus軟件建立含點(diǎn)蝕穿孔缺陷管道的有限元模型，管道尺寸為D508×8和D323×6.3，管道材料為Q235。模型采用三維實(shí)體減縮積分單元(C3D20R)建立，見圖5。

圖5 點(diǎn)蝕穿孔缺陷管道的有限元計(jì)算模型

分別模擬直徑為5～100 mm的穿孔缺陷對(duì)管道應(yīng)力和變形率的影響，結(jié)果見圖6、7。模擬設(shè)定管頂均布外載荷約為34 kN/mm，管材彈性模量為210×109N/m2。從圖6和圖7可以看出，隨著穿孔直徑的增大，管道應(yīng)力和變形率增加很小，點(diǎn)蝕穿孔管道變形與無缺陷管道幾乎無差別。點(diǎn)蝕缺陷位置對(duì)計(jì)算結(jié)果無影響。因此，點(diǎn)蝕穿孔對(duì)管道的外載荷承載能力影響不大。但考慮到管道氣密性問題，管道的翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯材料承壓試驗(yàn)規(guī)定管道穿孔直徑最大為50 mm，所以實(shí)際評(píng)價(jià)含點(diǎn)蝕管道的外載荷承載能力時(shí)，評(píng)判依據(jù)定為點(diǎn)蝕穿孔直徑不能超過50 mm。

圖6 點(diǎn)蝕穿孔直徑對(duì)管道應(yīng)力的影響

圖7 點(diǎn)蝕穿孔直徑對(duì)管道變形率的影響

4.2.3 含面蝕缺陷的管道外載荷承載能力評(píng)價(jià)

面蝕缺陷的三維度尺寸及在管道上的分布位置對(duì)管道的外載荷承載能力均有影響。影響因素的多維度給管道外載荷承載能力的評(píng)價(jià)帶來新的挑戰(zhàn)。筆者基于Spangler-lowa方法的理論基礎(chǔ)，建立含面蝕缺陷的管道有限元模型。分別建立了深度為壁厚的5%～90%，寬度(垂直于管道長(zhǎng)度方向)為5°～360°，長(zhǎng)度(沿管道長(zhǎng)度方向)為0～12倍管道外直徑的缺陷及缺陷沿管道圓周分布(沿管道內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)方向，將管道垂直截面類似表盤，12：00、3：00、6：00、1：30和4：30的時(shí)針位置作為缺陷寬度中心線，下文簡(jiǎn)稱為12：00、3：00、6：00、1：30和4：30位置)的300余組有限元模型。模型中管道的規(guī)格為D508×8，埋深為2 m，受55 t汽車外載荷作用。通過計(jì)算分析面蝕缺陷各因素(缺陷深度、寬度、長(zhǎng)度、位置)對(duì)管道變形率的影響規(guī)律。

下文中，當(dāng)不研究缺陷長(zhǎng)度變化時(shí)，建立二維管環(huán)模型，忽略缺陷長(zhǎng)度對(duì)管道的影響，與公式(1)原理保持一致；當(dāng)研究缺陷長(zhǎng)度變化時(shí)，建立三維模型。當(dāng)不研究缺陷位置對(duì)管道的影響時(shí)，統(tǒng)一將缺陷設(shè)定在3:00位置，缺陷在該位置對(duì)管道強(qiáng)度影響最大。

① 面蝕缺陷深度對(duì)管道變形的影響

對(duì)寬度為15°和30°的面蝕缺陷，分別計(jì)算缺陷深度變化時(shí)管道的水平直徑變形率，見圖8。由圖8可知，在其他條件都相同的情況下，隨著缺陷深度的增加，管道的水平直徑變形率呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。

圖8 缺陷深度對(duì)管道變形率的影響

② 面蝕缺陷寬度對(duì)管道變形的影響

對(duì)深度為0.1δ和0.6δ的缺陷，分別計(jì)算缺陷寬度變化時(shí)管道的水平直徑變形率，結(jié)果見圖9。從圖9可以看出：當(dāng)缺陷較淺時(shí)，缺陷寬度對(duì)管道的水平直徑變形率影響不大；而當(dāng)缺陷較深時(shí)，缺陷寬度對(duì)管道水平直徑變形率的影響較大，隨著缺陷寬度增加，管道的水平直徑變形率呈現(xiàn)階梯狀的變化。

圖9 缺陷寬度對(duì)管道水平直徑變形率的影響

③ 面蝕缺陷長(zhǎng)度對(duì)管道變形的影響

為了分析缺陷長(zhǎng)度對(duì)管道水平直徑變形率的影響，建立缺陷寬度為30°，缺陷深度為0.4δ和0.6δ的管道模型，計(jì)算并分析缺陷長(zhǎng)度變化對(duì)管道水平直徑變形率的影響，見圖10。由圖10可知，隨著缺陷長(zhǎng)度的增加，管道的水平直徑變形率呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，當(dāng)缺陷長(zhǎng)度達(dá)到一定程度時(shí)，大約在缺陷長(zhǎng)度達(dá)到10倍管道外直徑時(shí)，管道的變形基本保持不變。

圖10 缺陷長(zhǎng)度對(duì)管道水平直徑變形率的影響

④ 面蝕缺陷位置對(duì)管道變形率的影響

對(duì)深度為0.4δ、寬度分別為15°和30°的缺陷，分別計(jì)算缺陷沿管道圓周分布位置變化時(shí)管道的水平直徑變形率，結(jié)果見圖11。由圖11可知，隨著缺陷圓周分布角度的增加(沿管道內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)方向，將管道垂直截面類似表盤，缺陷寬度中心線位于12:00時(shí)角度為零，沿順時(shí)針方向角度遞增)，管道的水平直徑變形率呈現(xiàn)周期性變化，缺陷寬度中心線位于12：00、3：00、6：00的時(shí)針位置時(shí)影響較大，位于1：30和4：30的時(shí)針位置時(shí)影響較小。

圖11 缺陷位置對(duì)管道變形率的影響

⑤ 含面蝕缺陷管道外載荷承載能力評(píng)價(jià)

含面蝕缺陷管道的水平直徑變形量與缺陷的深度、寬度、長(zhǎng)度和位置有關(guān)，故可以假設(shè)含面蝕缺陷管道的直徑變形量計(jì)算公式是由Spangler-lowa公式和一個(gè)含有缺陷參數(shù)的函數(shù)組成，含有缺陷參數(shù)的函數(shù)見式(2)。對(duì)此，基于300組有限元模型計(jì)算結(jié)果，采用非線性擬合的方法，確定函數(shù)中的各項(xiàng)系數(shù)，最終得到含面蝕缺陷的管道外載荷承載能力評(píng)價(jià)公式，見式(3)。當(dāng)管道水平直徑變形率超過3%時(shí)，認(rèn)為管道失效。

(2)

式中 ΔDcorr——含面蝕缺陷管道的水平直徑變形量，mm

c——面蝕缺陷寬度，(°)

θ——面蝕缺陷圓周分布角度，(°)

l——缺陷長(zhǎng)度，mm

(3)

⑥ 公式驗(yàn)證

為了評(píng)估公式(3)的準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)了管道外載荷承載能力的試驗(yàn)裝置。試驗(yàn)裝置由管道試件、試件夾持系統(tǒng)及電動(dòng)液壓千斤頂組成。其中，試件夾持系統(tǒng)由試件夾具及橡膠件組成；電動(dòng)液壓千斤頂由超高壓電動(dòng)油泵、高壓油管及液壓千斤頂組成。試驗(yàn)裝置見圖12。

圖12 試驗(yàn)裝置

為了便于試驗(yàn)加壓，將管道試件上下翻轉(zhuǎn)，使用試件夾具固定，載荷采用千斤頂從下方施加壓力，管道試件與試件夾具間的橡膠件模擬土壤的約束效應(yīng)。

管道試件為D508×15的無縫鋼管，管材為Q235B，試件長(zhǎng)150 mm，缺陷長(zhǎng)50 mm，缺陷位置在3:00，管道缺陷為人工預(yù)制，缺陷的幾何參數(shù)見表4。

表4 管道缺陷的幾何參數(shù)

圖13為無缺陷管道的水平直徑變形量試驗(yàn)值與Spangler-lowa公式(公式1，相關(guān)計(jì)算參數(shù)取值同本文4.2.1條)計(jì)算出的水平直徑變形量相比較，吻合良好，驗(yàn)證了試驗(yàn)裝置的準(zhǔn)確性。圖14為c30d20試件含面蝕缺陷管道的試驗(yàn)值與擬合公式(公式3)計(jì)算出的水平直徑變形量比較情況，其他3個(gè)有缺陷試件與c30d20試件相似，擬合公式的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試值平均相對(duì)誤差為1.6%，吻合度較好，從而驗(yàn)證了含面蝕缺陷的管道外載荷承載能力評(píng)價(jià)公式的準(zhǔn)確性。

圖13 無缺陷管道水平直徑變形量試驗(yàn)值與按公式(1)計(jì)算值的對(duì)比

圖14 含面蝕缺陷管道的水平直徑變形量試驗(yàn)值與按式(3)公式計(jì)算值的比較

5 燃?xì)夤艿纼?nèi)壓承載能力評(píng)價(jià)方法

目前，國內(nèi)外對(duì)腐蝕管道極限內(nèi)壓的研究已經(jīng)形成了較為系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法，廣泛使用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有ASME B31G-2009《Manual for Determining the Remaining Strength of Corroded Pipelines》(《腐蝕管道剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)手冊(cè)》)、DNV-RP-F101-2010《Corroded Pipelines Recommended Practice》(《腐蝕管道推薦手冊(cè)》)和SY/T 6151—2009《鋼質(zhì)管道管體腐蝕損失評(píng)價(jià)方法》。對(duì)腐蝕管道極限載荷的評(píng)價(jià)，許多國家已出臺(tái)了相關(guān)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，這些標(biāo)準(zhǔn)形成于不同時(shí)期[14]，適用于管道鋼的強(qiáng)度等級(jí)范圍也不盡相同，給使用者帶來不便。文獻(xiàn)[14]收集到79組不同強(qiáng)度等級(jí)鋼材的鋼管爆破試驗(yàn)數(shù)據(jù)，與上述3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)ASME B31G-2009更適合評(píng)價(jià)強(qiáng)度等級(jí)較低的含面蝕缺陷城市燃?xì)庠谝酃艿馈?duì)管道內(nèi)壓承載能力的評(píng)價(jià)不考慮外載荷對(duì)管道的影響。

6 結(jié)論

① 對(duì)于完好管道的外載荷承載能力評(píng)價(jià)，采用Spangler-lowa方法計(jì)算得到管道水平直徑變形量，然后求得管道水平直徑變形率。當(dāng)管道水平直徑變形率超過3%時(shí)，認(rèn)為管道失效。

② 含均勻腐蝕缺陷的管道外載荷承載能力評(píng)價(jià)：對(duì)小管徑管道(外直徑≤700 mm)，可根據(jù)GB 50028—2006規(guī)定的最小公稱壁厚評(píng)價(jià)；對(duì)大管徑管道(外直徑>700 mm)，應(yīng)該按照Spangler-lowa方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

③ 點(diǎn)蝕缺陷對(duì)受外載荷影響的管道變形影響不大，但考慮到對(duì)管道氣密性等性能的影響，評(píng)價(jià)時(shí)規(guī)定燃?xì)夤艿傈c(diǎn)蝕穿孔直徑不能大于50 mm。

④ 對(duì)含面蝕缺陷的燃?xì)夤艿肋M(jìn)行完整性結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)價(jià)時(shí)，需要按照燃?xì)夤艿赖膲毫?jí)別分別考慮：對(duì)于中低壓燃?xì)夤艿?，主要考慮外載荷的作用，以管道的變形作為外載荷承載能力的評(píng)價(jià)依據(jù)；對(duì)次高壓燃?xì)夤艿?，分別考慮內(nèi)壓和外載荷的作用，分別以管道的變形和管道缺陷處的應(yīng)力作為管道承載能力的評(píng)價(jià)依據(jù)；對(duì)高壓燃?xì)夤艿?，主要考慮內(nèi)壓的作用，以管道缺陷處的應(yīng)力作為內(nèi)壓承載能力的評(píng)價(jià)依據(jù)。

⑤ 對(duì)于含面蝕缺陷的中低壓和次高壓燃?xì)夤艿?，需要做外載荷的承載能力評(píng)價(jià)。分析面蝕缺陷的長(zhǎng)度、寬度、深度和位置對(duì)管道變形的影響。創(chuàng)新性地研究出含面蝕缺陷管道外載荷承載能力評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型，并采用試驗(yàn)驗(yàn)證了該數(shù)學(xué)模型的正確性。

⑥ 當(dāng)選擇內(nèi)壓承載能力評(píng)價(jià)方法時(shí)，推薦采用ASME B31G-2009方法評(píng)價(jià)含面蝕缺陷燃?xì)夤艿莱惺軆?nèi)壓的能力。

⑦ 本文僅針對(duì)燃?xì)夤艿劳暾栽u(píng)價(jià)中含腐蝕缺陷的管道強(qiáng)度評(píng)價(jià)開展研究。建議在今后的研究中繼續(xù)拓寬研究對(duì)象，開展裂紋、凹陷和焊縫缺陷等其他缺陷的管道完整性評(píng)價(jià)方法研究。