美國輸氣管道完整性管理標(biāo)準(zhǔn)ASME B31.8S-2016技術(shù)性變更解析

馬偉平 劉海鵬 趙煒 蔡亮 祁慶芳

（1.中國石油管道科技研究中心；2.中油國際管道有限公司；3.中油國際管道公司中烏天然氣管道項(xiàng)目；4.中航油京津冀物流有限公司；5.中國石油青海油田分公司管道處）

0 引言

1 ASME B31.8S—2016重要技術(shù)性變更

ASME B31.8S《輸氣管道系統(tǒng)完整性管理》先后于 2001、2004、2010、2012、2014和 2016年進(jìn)行了修訂，目前最新版本是ASME B31.8S—2016。2016版集中反映了近二十年美國輸氣管道完整性管理的技術(shù)進(jìn)展，在管道完整性管理程序和流程、事故影響區(qū)域、風(fēng)險評價方法、完整性評價方法、完整性評價的響應(yīng)、效能測試方案以及變更管理方案等方面進(jìn)行了修訂。

1.1 完整性管理程序和流程

自2001版至2016版，管道完整性管理的程序和流程不斷進(jìn)行修改和完善。2016版規(guī)定的管道完整性管理程序要素見圖1，管道完整性管理流程見圖2。

圖1 管道完整性管理程序要素

圖2 管道完整性管理流程

基于風(fēng)險的完整性管理方案應(yīng)包含：（1）對所用風(fēng)險分析方法的描述；（2）各管段所有相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄及獲取來源；（3）確定完整性評價時間間隔和減緩（維修和預(yù)防）方法的分析記錄；（4）編制效果分析表，及時測試管道企業(yè)選用的基于風(fēng)險的完整性管理方案的有效性。

1.2 管道事故影響半徑

2016版指出天然氣管道火災(zāi)爆炸影響半徑計(jì)算公式的適用范圍是甲烷和惰性氣體組分含量不低于93%、操作壓力不大于10 MPa、溫度不小于0 ℃。該公式可用于其他比空氣輕的易燃?xì)怏w，但對實(shí)際氣體組分或其他輸送氣體組分，應(yīng)推導(dǎo)天然氣系數(shù)；該公式不適用于非易燃?xì)怏w、有毒氣體、比空氣重的易燃?xì)怏w、比空氣輕且操作壓力大于10 MPa的易燃?xì)怏w。為提高天然氣管道火災(zāi)爆炸影響半徑計(jì)算公式的實(shí)用性，2016版除美制單位形式外，增加了國際制單位形式，即列出兩種形式，分別是in、psig和mm、MPa。

1.3 完整性數(shù)據(jù)有效性

2016版提出了以往的完整性數(shù)據(jù)對所要分析的危害是否適用的原則，即與時間有關(guān)的危害相關(guān)數(shù)據(jù)，是在完整性管理程序制定前數(shù)年收集的，則可能不適用。固有的、與時間無關(guān)的危害相關(guān)數(shù)據(jù)，由于不存在時間上的相關(guān)性，較早的數(shù)據(jù)仍然適用。

1.4 風(fēng)險評價

識別影響管道完整性的潛在危害因素分為與時間有關(guān)的、固有的和與時間無關(guān)的三種類型，2016版中：與時間有關(guān)的因素——除“外腐蝕”“內(nèi)腐蝕”外，新增了“應(yīng)力腐蝕開裂、氫致?lián)p傷”；固有的因素——“與制管有關(guān)的缺陷”和“設(shè)備因素”無變化，“與焊接或制造有關(guān)的缺陷”變更為“與焊接或施工有關(guān)的因素”，其中“管道環(huán)焊縫缺陷”變更為“管道環(huán)焊縫缺陷，包括支管和 T型接頭焊縫”、“折皺彎頭或殼曲”變更為“褶皺彎管或屈曲”；與時間無關(guān)的因素——指出可能造成滯后性失效的管材缺陷是凹痕和劃痕等。

2016版新增“金屬疲勞失效機(jī)理”，即管道操作模式改變，同時管道受到明顯的交變壓力、壓差和壓力波動速率變化，并考慮與腐蝕失效機(jī)理的共同作用。

2016版規(guī)定管道企業(yè)應(yīng)采用一種或幾種風(fēng)險評價方法，分別是專家評價法、指標(biāo)體系法、場景模型評價法和概率評價法。其中，指標(biāo)體系法是基于2014版及以前版本中的“相對評估法”的理念做法發(fā)展而來；場景模型評價法即2014版及以前版本中的“方案評估法”。

1965年，普林斯（E.F.Prince）等人根據(jù)模糊限制語的語用功能將其分為變動型模糊限制語（approximators）和緩和型模糊限制語（shields）。變動型模糊限制語（approximators），意思是可以改變話語結(jié)構(gòu)的本來意義，并可以對所表達(dá)的話語做出一定程度的修正，又可分為變動型模糊限制語（adaptor）和范圍變動語(rounder)。緩和型模糊限制語（shields），意為不改變話語結(jié)構(gòu)的原意，只是表達(dá)了說話人的猜疑或有保留態(tài)度，或是應(yīng)用的第三方的看法，它包括直接緩和語和間接緩和語。

1.5 完整性評價

2016版規(guī)定了管道完整性評價方法的再檢測時間間隔和周期，主要是與時間有關(guān)的危害的完整性評價方法，即水壓試驗(yàn)、內(nèi)檢測和直接評價法。考慮管材缺陷、運(yùn)行時間較長、腐蝕和第三方破壞等因素，針對再檢測周期為5年、10年和15年的管道運(yùn)行壓力最大值分別由1.4倍、1.7倍和2.8倍最大允許操作壓力降低為 1.39倍、1.65倍和 2.75倍最大允許操作壓力（MAOP），針對管道允許運(yùn)行壓力的限制條件更為苛刻。

2016版推薦的完整性評價方法包括管道內(nèi)檢測、試壓和直接評價法三種類型。

美國石油協(xié)會已制定API Std 1163—2013《內(nèi)檢測系統(tǒng)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》，近年來管道內(nèi)檢測技術(shù)發(fā)展很快，包括變形內(nèi)檢測、漏磁內(nèi)檢測、超聲波檢測和電磁超聲檢測等，ASME B31.8S—2016《輸氣管道系統(tǒng)完整性管理》中內(nèi)檢測器性能指標(biāo)等內(nèi)容，執(zhí)行 API Std 1163—2013。

試壓是行業(yè)認(rèn)可的管道完整性評價方法，API RP 1110—2013《輸送天然氣、石油氣體、有害液體、高揮發(fā)性液體或二氧化碳的鋼制管道的壓力試驗(yàn)》規(guī)定了新建管道和在役管道的試驗(yàn)壓力、持續(xù)時間和介質(zhì)適用條件。

在外腐蝕直接評價法（ECDA）和內(nèi)腐蝕直接評價法（ICDA）基礎(chǔ)上，2016版新增了應(yīng)力腐蝕開裂直接評價法（SCCDA）。確定或排除管段存在應(yīng)力腐蝕開裂的可能性，可參照NACE SP 0204—2015《應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）直接評價法》，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了進(jìn)行應(yīng)力腐蝕開裂直接評價的指南和工作程序。

1.6 對完整性評價的響應(yīng)和維修、預(yù)防措施

2016版新增根據(jù)檢測到影響管道強(qiáng)度、可能導(dǎo)致管道泄漏或破裂的信號特征，管道企業(yè)的響應(yīng)要求。這類信號特征包括根據(jù)ASME B31G—2012《確定已腐蝕管道剩余強(qiáng)度的手冊》或相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)所確定的，預(yù)測失效壓力小于 1.1倍最大允許操作壓力的腐蝕區(qū)，以及對帶缺陷的直流低頻電阻焊的軸向焊縫有影響的所有金屬損失。管道企業(yè)應(yīng)在5 d內(nèi)對這些信號特征采取相應(yīng)措施，立即進(jìn)行檢查或降低運(yùn)行壓力，以增加安全裕度。

針對管道內(nèi)檢測結(jié)果的響應(yīng)，2014版及以前版本規(guī)定了對內(nèi)外腐蝕金屬損失的響應(yīng)，以及對第三方損壞和機(jī)械損傷引起的金屬損失和變形的響應(yīng)。2016版新增對應(yīng)力腐蝕開裂的響應(yīng)。管道企業(yè)在采用內(nèi)檢測對應(yīng)力腐蝕開裂的信號特征進(jìn)行檢測和量化時，應(yīng)指定合適的評價、響應(yīng)和維修計(jì)劃，并書面記錄。如未指定評價、響應(yīng)和維修方案，管道企業(yè)可選擇將所有應(yīng)力腐蝕開裂的信號特征作為須立即響應(yīng)來處理，包括在確定這種情況后5 d內(nèi)檢查或降低壓力。檢查和評價后，對發(fā)現(xiàn)需維修或消除的任何缺陷都應(yīng)通過維修、消除或降低運(yùn)行壓力，直至完成消除和維修活動。

2016版給出了基于管道預(yù)計(jì)事故壓力與管道的最大允許操作壓力之比確定的對跡象的允許響應(yīng)時間，具體見圖3。其中，預(yù)計(jì)事故壓力是指采用行業(yè)經(jīng)過驗(yàn)證的工程方法來評價腐蝕管道的剩余強(qiáng)度，根據(jù)預(yù)計(jì)事故壓力與最大允許操作壓力的比值，可將缺陷分為立即響應(yīng)、計(jì)劃響應(yīng)和進(jìn)行監(jiān)測三種類型。

圖3 與時間有關(guān)危害的響應(yīng)時間

圖3中3條曲線分別對應(yīng)在大于50%SMYS（管材最小屈服強(qiáng)度）條件下運(yùn)行的管道，在大于30%SMYS、小于等于50%SMYS條件下運(yùn)行的管道，以及在小于等于30%SMYS條件下運(yùn)行的管道。

1.7 效能測試方案

2016版針對全面效能測試項(xiàng)目進(jìn)行了刪減，刪除了“管理部門要求變更完整性管理程序的次數(shù)”“完整性管理程序所要求完成的工作量”“已完成的、影響安全的活動次數(shù)”“檢測出的事故前兆數(shù)量”“聯(lián)絡(luò)的有效性”“公眾對完整性管理程序的信心”“反饋過程的有效性”和“新技術(shù)的使用對管道系統(tǒng)完整性的改進(jìn)”等非技術(shù)性項(xiàng)目。

1.8 變更管理方案

2016版針對變更管理方案進(jìn)行了修訂，針對工藝調(diào)整及改線修復(fù)的變更，應(yīng)變更完整性管理方案。變更管理方案應(yīng)包含下列內(nèi)容：變更原因、變更許可、變更影響分析、所需獲得的工作許可、變更記錄、與相關(guān)方的變更溝通、變更生效日期，以及人員資質(zhì)。

1.9 術(shù)語和定義

2016版第13章“術(shù)語和定義”中新增43項(xiàng)，其中較為重要的是：應(yīng)采取措施的異常（Actionable anomaly）、異常和管道數(shù)據(jù)分析（Anomaly and pipeline data analysis）、屈曲（Buckle）、對焊（Butt weld）、校正性開挖（Calibration dig）、非連續(xù)性（Discontinuity）、工程臨界評價（Engineering critical assessment）、劃痕（Gouge）、夾雜（Inclusion）、管道內(nèi)檢測工具（In-line Inspection tools）、低應(yīng)力管道（Low stress pipeline）、固有危害（Resident threat）。

1.10 附錄

2016版附錄A-3新增了應(yīng)力腐蝕開裂開挖檢查和評價方法。易受應(yīng)力腐蝕開裂影響的管段，在進(jìn)行與完整性評價相關(guān)的開挖后，對于涂層剝離或裸露的管道，應(yīng)采用磁粉檢測（MPI）或其他等效的無損評價方法進(jìn)行評價；對于管子不完全外露的管道，若該管段出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂的跡象，應(yīng)進(jìn)行MPI或其他等效無損評價方法進(jìn)行評價，若無應(yīng)力腐蝕開裂跡象，則不用進(jìn)行評價。

應(yīng)對涂層狀況進(jìn)行評價并書面記錄。所有應(yīng)力腐蝕開裂檢查活動應(yīng)按照文件要求的程序進(jìn)行。任何應(yīng)力腐蝕開裂的跡象應(yīng)按照表1和表2提供的指南進(jìn)行處理。

表1 應(yīng)力腐蝕開裂裂紋嚴(yán)重程度的標(biāo)準(zhǔn)

表2 針對開挖檢查到的應(yīng)力腐蝕開裂跡象的響應(yīng)

2 結(jié)論

目前，我國長輸管道已全面實(shí)施完整性管理程序，SY/T 6621《輸氣管道系統(tǒng)完整性管理規(guī)范》采標(biāo)了ASME B31.8S《輸氣管道系統(tǒng)完整性管理》。及時跟蹤美國管道標(biāo)準(zhǔn)的制修訂動態(tài)信息，對于提高我國管道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)水平具有指導(dǎo)意義。