戴永成

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院泰州分院 泰州 225300）

隨著工業(yè)管道服役時(shí)間的增加，我市的管道大部分將陸續(xù)進(jìn)入事故高發(fā)期。這些“帶病”管道在使用過程中大多會產(chǎn)生各種類型的缺陷，一旦發(fā)生特殊情況，將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡。工業(yè)管道的腐蝕缺陷形貌大概可以分為均勻腐蝕和局部腐蝕。其中均勻腐蝕是導(dǎo)致工業(yè)管道失效的主要腐蝕形式。對含腐蝕缺陷的管道進(jìn)行剩余強(qiáng)度評價(jià)，具有重大的意義。

目前國內(nèi)外管道剩余強(qiáng)度評價(jià)的方法有很多，最具代表性的包括：有限元法和失效評估圖法、API579準(zhǔn)則、ASME B31G準(zhǔn)則、以及挪威船級社DNV RP-F101評價(jià)準(zhǔn)則等，國內(nèi)也陸續(xù)制定過SY/T10048-2003等剩余強(qiáng)度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[1]，。目前在壓力管道檢驗(yàn)過程中遇到均勻腐蝕減薄的情況，采用的強(qiáng)度校核都是基于GB/T20801《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道》的計(jì)算公式。相比于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，API579準(zhǔn)則提出了按照壁厚平均法估算最高允許工作壓力的方法，也提供了比較完整的評價(jià)體系，評價(jià)方法比較先進(jìn)[2-5]。

1利用API579準(zhǔn)則分級評價(jià)過程

API579準(zhǔn)則建立了分級評價(jià)體系，對含有均勻性腐蝕缺陷的管道進(jìn)行了3級評價(jià)，通常評價(jià)所需數(shù)據(jù)與管道的結(jié)構(gòu)和材料屬性有關(guān)。1級評價(jià)需要最少的數(shù)據(jù)及參數(shù)，評價(jià)結(jié)果最為保守；2級評價(jià)則需要較多的參數(shù)數(shù)據(jù)，評價(jià)方法也更為詳細(xì)，得到的結(jié)果相比比較準(zhǔn)確；3級評價(jià)需要的數(shù)據(jù)最多，其結(jié)果最為精確，但一般由經(jīng)驗(yàn)豐富的專家們完成[6-8]。其評價(jià)均勻性腐蝕缺陷管道剩余強(qiáng)度的流程圖如圖1所示。

圖1 API579均勻腐蝕管道剩余強(qiáng)度評價(jià)流程圖

2 均勻性腐蝕缺陷管道的一級評價(jià)

我市某單位在用工業(yè)管道在定期檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)其含有均勻性腐蝕缺陷，現(xiàn)場查閱資料及實(shí)測取得管道剩余強(qiáng)度評價(jià)所需的基本參數(shù)如下：

表1 管道基本參數(shù)數(shù)據(jù)表

根據(jù)管道的輪廓將缺陷按照軸向和環(huán)向交叉劃分，形成矩陣網(wǎng)格，自由劃分網(wǎng)格大小。劃分的網(wǎng)格越精細(xì)，工作量相對越大，得到的結(jié)果也越精確。本次網(wǎng)格劃分將管道缺陷按軸向劃分為10份，每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)一個(gè)軸向位置點(diǎn)，用Mi表示，其中i=1～10;按環(huán)向劃分為8份，每坐標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)一個(gè)環(huán)向位置點(diǎn)，用Nj表示，其中j=1～8表示。因此將該缺陷離散為80個(gè)測量點(diǎn)，每一點(diǎn)對應(yīng)的測厚數(shù)據(jù)用t（Mi，Nj），臨界斷面圖如圖2所示，測厚數(shù)據(jù)見表2。

表2 管道壁厚測厚數(shù)據(jù)表

由圖2可知，按照缺陷的形狀設(shè)置網(wǎng)格的密度，環(huán)向網(wǎng)格間距設(shè)為10mm，橫向網(wǎng)格間距設(shè)為8mm，缺陷軸向最大長度Lm為70mm，環(huán)向最大長度LC為40mm。

圖2 缺陷臨界斷面圖

1）計(jì)算管道的最小要求壁厚tmin

式中：P-管道設(shè)計(jì)最大運(yùn)行壓力，取4.4MPa；

S-材料許用應(yīng)力

β-泊松比的兩倍

將參數(shù)帶入式（1）、（2）、（4），計(jì)算得出環(huán)向最小壁厚tLmin的值為

tLmin=βPD/4SEW=1.409mm

軸向最小壁厚tCmin的值為

tCmin=PD/2SEW=4.695mm

根據(jù)式（3）確定出管道的最小要求壁厚tmin為4.695 mm

2）根據(jù)表2中的記錄數(shù)據(jù)，取所有測厚點(diǎn)中的最小值作為測量的最小壁厚值tmm，其值為4.4 mm；取所有測厚讀數(shù)的算術(shù)平均值作為該缺陷的平均剩余壁厚tam，其值為7.4 mm。

3）確定管道剩余壁厚比Rt和軸向最大允許腐蝕缺陷長度L值：

4）判斷軸向缺陷是否可以接受

如果Lm＜L，則管道軸向缺陷可以接受；如果Lm＞L，則需要對 值進(jìn)行調(diào)整。很明顯，根據(jù)上面計(jì)算得到的數(shù)據(jù)Lm＞L，調(diào)整tam為最小壁厚測量值，即tam=tmm。在1級評價(jià)中，環(huán)向應(yīng)力近似為軸向應(yīng)力的兩倍，因此只需要滿足環(huán)向應(yīng)力滿足評價(jià)準(zhǔn)則，軸向應(yīng)力自然滿足。

5）判定環(huán)向缺陷是否可以接受。只有同時(shí)滿足以下（8）、（9）兩個(gè)條件，才能認(rèn)為該缺陷可以接受。

由（8）式得tam-FCA =3mm，其值小于tmin，不滿足不等式（8）。

6）以（tam-FCA）為計(jì)算壁厚，計(jì)算管道的最大運(yùn)行壓力MAWPr為

將各個(gè)參數(shù)帶入式（10）、（11）、（12）中，得到：最大運(yùn)行工作壓力MAWPr為2.81MPa。

3 計(jì)算GB/T20801標(biāo)準(zhǔn)的最大允許工作壓力[9]

當(dāng)tam-FCA＜D/6時(shí)，該管道的計(jì)算厚度tam-FCA按式（13）計(jì)算：

當(dāng)tam-FCA≥D/6 或MAWPr/SΦ＞ 0.385 時(shí)，計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮失效機(jī)理、疲勞影響和溫差應(yīng)力等因素。

根據(jù)已知參數(shù)計(jì)算得出tam-FCA=3mm，滿足式（13），計(jì)算得出

4 結(jié)論

1）依據(jù)API579準(zhǔn)則的均勻腐蝕評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)壓力為4.0MPa的工況下，該缺陷不滿足一級評價(jià)。建議考慮以下處理方法[10-11]：（1）對該段腐蝕管道進(jìn)行降壓，修理甚至更換；（2）采取其他補(bǔ)救措施，改變未來腐蝕裕量FCA的值；（3）對焊縫進(jìn)行檢測，調(diào)高焊縫系數(shù)EW，排除其他影響評價(jià)的缺陷；（4）進(jìn)入二級評價(jià)。

2）本次選擇tam時(shí)近似取最小壁厚的測量值，相對保守。在相同的tam條件下，基于API579一級評價(jià)計(jì)算得出該缺陷管道允許的最大安全運(yùn)行壓力MAWPr為2.81MPa；基于GB/T20801-2020強(qiáng)度校核標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得出該缺陷管道允許的最大安全運(yùn)行壓力MAWPr為2.65MPa。結(jié)果表明在該缺陷下API579一級評價(jià)計(jì)算數(shù)值相比較高出7.55%。給工業(yè)管道檢驗(yàn)人員提供了經(jīng)驗(yàn)參考。