管道剩余強度和剩余壽命評估實踐

李雪

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300452）

1.目標管道概況

此次評估實踐選取的目標管道于2009年投產(chǎn)運行，設(shè)計壽命為15年，全長18km，壁厚12.2mm，直徑10吋。

2013年檢測出的金屬損失共計57處。其中44處均為內(nèi)部金屬損失的腐蝕缺陷，最深的壁厚腐蝕損失達到28%，位于距離發(fā)球端1560m處的05:18點鐘方向；另外為13處機加工缺陷。

2017年檢測出的金屬損失為1898處。其中1886處均為內(nèi)部金屬損失的腐蝕缺陷，最深的壁厚腐蝕損失達到48%，位于距離發(fā)球端6700m處的05:00點鐘方向；另外為24處機加工缺陷。

2.檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

2.1 檢測數(shù)據(jù)基本情況

2013年在目標管道上共檢測出了44處腐蝕異常和13處管道機加工缺陷計算壁厚損失大于等于10%的金屬缺失缺陷。從整體上看，缺陷主要分布在里程位置1000m～3000m、17000m和18000m附近處。前半部分缺陷大致4:00～8:00，后半部分缺陷幾乎分布在全時鐘方位。近一半的缺陷點位于焊縫附近。

2017年在目標管道上共檢測出了1886處腐蝕異常和12處管道機加工缺陷計算壁厚損失大于等于10%的金屬缺失缺陷。相對于2017年，本次檢測出缺陷較多，里程4000m～9000m處的缺陷數(shù)量眾多，缺陷多分布在3:00～9:00鐘。

2.2 兩次檢測腐蝕缺陷對比

結(jié)合兩次檢測數(shù)據(jù)報告，通過整理，將2013年檢測出的腐蝕缺陷點與2017年檢測結(jié)果進行比較，并提取出2017年檢測報告中腐蝕深度超30%的缺陷點。

3.剩余強度評估

3.1 ASME B31G評估原理

根據(jù)ASME B31G（1991），進行剩余強度評估。首先，根據(jù)已有的數(shù)據(jù)計算出影響因子A，其中:

Lm為管道缺陷的軸向長度，mm；

D為管道的標準外徑，mm；

t為管道的標準厚度，mm。

當(dāng)計算得到的A小于等于4.0時：

d為管道缺陷的深度，mm；

S為額定最小屈服強度，MPa；

F為設(shè)計因子；

T為溫度減額因數(shù)，如無要求則取1；

P為最大操作壓力(MPa)與P=2StFT/D之間的較大值；

P'為腐蝕區(qū)域最大的安全壓力，MPa。

3.2 ASME B31G評估結(jié)果

采用ASME B31G，通過計算，剩余強度最小、ERF值最大的點位于里程5836.80m處，腐蝕深度為25%，腐蝕長度為43mm，剩余強度為4.6720MPa，ERF為0.8562，該缺陷剩余強度滿足當(dāng)前管道的最大允許操作工況（4MPa）。

通過計算剩余最小、ERF值最大的25個點，得到剩余強度及ERF分布圖，即圖1。

圖1 剩余強度及ERF分布圖

3.3 DNV RP F101評估原理

DNV-RP-F101 (2004)中給出的剩余強度計算公式為：

其中：

Pf為剩余強度；

t為管道壁厚；

d為腐蝕點深度；

D為管道外徑；

fu為管道設(shè)計中使用的抗拉強度。

Psw為安全工作壓力；

F1為建模系數(shù)；

F2為設(shè)計參數(shù)值。

3.4 DNV RP F101評估結(jié)果

采用DNV RP F101，通過計算，剩余強度最小、ERF值最大的點位于里程5836.80m處，腐蝕深度為25%，腐蝕長度為43mm，剩余強度為4.7519MPa，ERF為0.8418，該缺陷剩余強度滿足當(dāng)前管道的最大允許操作工況（4MPa）。

通過計算剩余最小、ERF值最大的25個點，得到剩余強度及ERF分布圖，即圖2。

圖2 剩余強度及ERF分布圖

4.剩余壽命評估

油氣管道腐蝕剩余壽命評價是非常復(fù)雜的問題，國內(nèi)外學(xué)者從上個世紀開始研究，至今尚未形成統(tǒng)一的結(jié)論。因為腐蝕原因多種多樣，造成了腐蝕速率發(fā)展的極大不確定性，因為很難準確評價其剩余壽命。通常情況下，針對內(nèi)檢測到的腐蝕缺陷，采用如下方法分析其剩余壽命。

基于內(nèi)檢測的數(shù)據(jù)，認為管道為均勻腐蝕，依據(jù)檢測出的腐蝕深度計算出每年的腐蝕速率GR（mm/a）：

d為檢測出的腐蝕深度，%；

t為管道壁厚，mm；

T為管道已使用的時間，a。

根據(jù)ASME B31G規(guī)定管道深度腐蝕超過80%壁厚，則需要換管，所以按照ASME規(guī)范所評定的剩余壽命RL(a)為：

根據(jù)DNV RP F101規(guī)定管道深度腐蝕超過85%壁厚，則需要換管，所以按照DNV規(guī)范所評定的剩余壽命RL(a)為：

本次項目有兩次檢測報告，分別是2013年和2017年，根據(jù)本次項目的特點，剩余壽命的計算分為兩個方面：一是利用兩次檢測數(shù)據(jù)，通過2017年與2013年數(shù)據(jù)進行對比，計算出腐蝕發(fā)展速率，得出管道剩余壽命；二是利用2017年新增的腐蝕缺陷，判斷腐蝕速率，得出管道剩余壽命。

管道于2009年投產(chǎn)，設(shè)計壽命為15年，到2017年5月，管道的設(shè)計剩余壽命為6.4年。

5.結(jié)論

5.1 剩余強度評估結(jié)論

本文采用ASME B31G和DNV RP F101兩種規(guī)范對管道的腐蝕深度較深的缺陷進行了剩余強度評估，并求取了各缺陷點的安全工作壓力。結(jié)論表明，當(dāng)MAOP=4MPa時，采用B31G規(guī)范和F101規(guī)范缺陷點的剩余強度滿足安全要求。

5.2 剩余壽命評估結(jié)論

本文采用兩次檢測數(shù)據(jù)對比和新增缺陷計算兩種方法對管道剩余壽命進行計算，得出結(jié)論：管道最大腐蝕速率為1.42mm/年，管道的最小剩余壽命為2.9年。

6.建議

本次評價完全是依據(jù)檢測出的結(jié)果進行計算，未對管道進行流型流態(tài)、腐蝕原因、腐蝕實驗等進一步分析，故評估結(jié)果存在誤差。建議對該管道開展更加深入的完整性評價工作。