含均勻腐蝕的工業(yè)管道剩余強度評價分析

戴永成

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

隨著工業(yè)管道服役時間的增加，我市的管道大部分將陸續(xù)進入事故高發(fā)期。這些“帶病”管道在使用過程中大多會產生各種類型的缺陷，一旦發(fā)生特殊情況，將造成巨大的經濟損失甚至人員傷亡。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行剩余強度評價，具有重大的意義。

目前國內外管道剩余強度評價的方法有很多，最具代表性的包括：有限元法和失效評估圖法、API579準則、ASME B31G準則、以及挪威船級社DNV RP-F101評價準則等，國內也陸續(xù)制定過SY/T10048-2003等剩余強度評價標準[1]，。目前在壓力管道檢驗過程中遇到均勻腐蝕減薄的情況，采用的強度校核都是基于GB/T20801《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道》的計算公式。相比于國內標準，API579準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體系，評價方法比較先進[2-5]。

1利用API579準則分級評價過程

API579準則建立了分級評價體系，對含有均勻性腐蝕缺陷的管道進行了3級評價，通常評價所需數(shù)據(jù)與管道的結構和材料屬性有關。1級評價需要最少的數(shù)據(jù)及參數(shù)，評價結果最為保守；2級評價則需要較多的參數(shù)數(shù)據(jù)，評價方法也更為詳細，得到的結果相比比較準確；3級評價需要的數(shù)據(jù)最多，其結果最為精確，但一般由經驗豐富的專家們完成[6-8]。其評價均勻性腐蝕缺陷管道剩余強度的流程圖如圖1所示。

圖1 API579均勻腐蝕管道剩余強度評價流程圖

2 均勻性腐蝕缺陷管道的一級評價

我市某單位在用工業(yè)管道在定期檢驗過程中發(fā)現(xiàn)其含有均勻性腐蝕缺陷，現(xiàn)場查閱資料及實測取得管道剩余強度評價所需的基本參數(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，形成矩陣網格，自由劃分網格大小。劃分的網格越精細，工作量相對越大，得到的結果也越精確。本次網格劃分將管道缺陷按軸向劃分為10份，每個坐標點對應一個軸向位置點，用Mi表示，其中i=1～10;按環(huán)向劃分為8份，每坐標點對應一個環(huán)向位置點，用Nj表示，其中j=1～8表示。因此將該缺陷離散為80個測量點，每一點對應的測厚數(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，按照缺陷的形狀設置網格的密度，環(huán)向網格間距設為10mm，橫向網格間距設為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）計算管道的最小要求壁厚tmin

式中：P-管道設計最大運行壓力，取4.4MPa；

S-材料許用應力

β-泊松比的兩倍

將參數(shù)帶入式（1）、（2）、（4），計算得出環(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 值進行調整。很明顯，根據(jù)上面計算得到的數(shù)據(jù)Lm＞L，調整tam為最小壁厚測量值，即tam=tmm。在1級評價中，環(huán)向應力近似為軸向應力的兩倍，因此只需要滿足環(huán)向應力滿足評價準則，軸向應力自然滿足。

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

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

6）以（tam-FCA）為計算壁厚，計算管道的最大運行壓力MAWPr為

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

3 計算GB/T20801標準的最大允許工作壓力[9]

當tam-FCA＜D/6時，該管道的計算厚度tam-FCA按式（13）計算：

當tam-FCA≥D/6 或MAWPr/SΦ＞ 0.385 時，計算時應考慮失效機理、疲勞影響和溫差應力等因素。

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

4 結論

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

2）本次選擇tam時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API579一級評價計算得出該缺陷管道允許的最大安全運行壓力MAWPr為2.81MPa；基于GB/T20801-2020強度校核標準計算得出該缺陷管道允許的最大安全運行壓力MAWPr為2.65MPa。結果表明在該缺陷下API579一級評價計算數(shù)值相比較高出7.55%。給工業(yè)管道檢驗人員提供了經驗參考。