不同钢级腐蚀管道剩余强度分析方法的对比

以X42~X100钢级管道为研究对象,利用5种缺陷管道评价规范和非线性有限元方法计算具有腐蚀缺陷管道的失效压力。计算结果与试验数据对比分析表明：ASME B31G规范计算误差大且分布不稳定,修正的ASME B31G规范计算结果虽然有所改进,但计算误差仍然较大;BS7910、DNV-RP-F101和PCORRC规范更适合X60以上中高强度钢级管道的评价;与上述评价规范的计算结果相比,非线性有限元法在研究钢级范围内的计算误差小且分布稳定。     

腐蚀缺陷管道剩余强度评价方法选择及应用

基于可靠性的设计与评价方法是天然气管道评价技术的发展方向,对管道剩余强度评价方法进行适用性分析具有重要意义。介绍了ASME B31G准则、修正的ASME B31G/RSTRENG 0.85Ld法、C-Fer法、DNV-RP-F101规范、美国Battle实验室开发的PCORRC法等腐蚀缺陷管道剩余强度评价方法,并利用收集的管道试验数据对5种方法进行适应性分析。基于Monte Carlo模拟方法,计算得出多个参数的影响规律,并利用实际检测数据对在役腐蚀缺陷集输管道进行可靠性评价和剩余寿命的预测。研究表明:在评价对象一致的情况下,5种方法均具有一定的保守性,但在对中低级钢缺陷管道的剩余强度评价中,使用DNV-RP-F101规范更为准确,其操作方便、可靠性高,具有较高的工程应用价值。     

API 579与B31G剩余强度评价的保守性分析

腐蚀导致在役管道强度降低,运营者必须确定当前腐蚀缺陷下管道是否可以继续服役,目前可采用的评价方法主要有B31G和API 579系列。介绍了两种评价方法的理论基础,根据各自的基本假设导出了相应的评价方法的评价公式,并对此进行了深入的对比分析,得出通常认为过于保守的B31G的保守性比API 579低的重要结论。建议在单一荷载和简单缺陷形状下,按B31G进行管道的剩余强度评价。     

X80管线钢管体缺陷极限承载能力

目前含体积型缺陷管道的剩余强度评价标准和方法主要是针对X70及以下低钢级管线钢,而针对X80及以上高钢级管线钢的验证性试验很少。基于此,对比了不同管线钢管体缺陷的极限载荷评估模型及适用范围,管线钢通过对不同类型、不同尺寸缺陷的X80管线钢管进行水压试验,对各种评估模型在X80管线钢管上的适用性进行评价。结果表明:长矩形缺陷的承载能力在各类缺陷中最低,而且不同缺陷预测模型的安全程度不同;对于矩形缺陷,DNV模型的预测结果与试验值偏差较小,ASME B31G Modified、RSTRENG及C-FER模型的计算结果偏于安全;对于沟槽缺陷,C-FER和PDAM模型偏于安全;对于凹坑+沟槽缺陷,PDAM模型偏于安全。     

考虑强度匹配的高钢级管道环焊缝断裂评估方法

管道环焊缝的实际低强匹配是引发焊缝断裂失效的重要原因,在焊缝的适用性评估中,失效评估图方法无法准确考虑焊缝强度匹配的影响,准确纳入强度匹配成为拓宽失效评估图方法应用于高钢级管道环焊缝裂纹缺陷评估的关键。基于非线性有限元法,建立了高钢级管道环焊缝裂纹驱动力的数值仿真模型,采用等效应力应变关系方法构建了环焊缝裂纹的通用失效评估曲线,采用裂纹驱动力的有限元计算结果,结合BS 7910-2019《金属结构中缺陷可接受性评估方法指南》推荐方法,构建了系列不同载荷水平下的有限元评估点,探明了BS 7910-2019对于环焊缝裂纹缺陷的评估精度,查明了影响评估结果精度的关键原因。在此基础上,考虑裂纹深度、裂纹长度、焊缝强度匹配系数,提出了优化的管道环焊缝极限载荷计算模型以及改进的失效评估图方法,准确将焊缝强度匹配纳入到失效评估图方法中,进一步提高了高钢级管道环焊缝裂纹缺陷的评估精度,可为在役高钢级管道环焊缝裂纹的适用性评估提供参考。(图11,参24)     

在役含缺陷油气管道的安全评价准则

针对石油天然气管道在运行过程中由于管道含缺陷而“带病”服役的问题,回顾了国内外对含缺陷管道的安全评定准则,总结出ASME B31G、API RP 579、DNVRP-101、PCORRC评价准则和SY/T 6477-2000评价准则的优缺点和适用范围.ASME B31G评价准则和API 579评价准则相对比较保守,而基于ASME B31G修改后的几种评价准则准确度有很大改善;DNV RP-F101评价准则和PCORRC评价准则适用于中高强度等级的含缺陷管道评定.建议在具体评定过程中,根据实际工况选用评价结果相对准确和计算简单的评价准则,并可根据实际需要对目前常用的评价准则进行修订,提出具有针对性的评价准则.同时建议对一些复杂结构缺陷和多种载荷耦合的含缺陷管道进行有限元数值计算.(参8)     

油气干线用钢管质量指标确定方法

建设一条管道,设计者的任务之一是根据适用性、可靠性和经济性的原则确定所用钢管的质量指标值,以此选购钢管(板)。屈服强度、屈强比、韧性等是钢管(板)的主要质量指标,合理确定这些指标的数值有相当难度。通过对管道用钢管的性能研究,结合对国内外相关研究成果的分析,提出了在确定屈服强度时要考虑包辛格效应的影响、包辛格效应对屈强比的影响及其影响范围,并给出了管道用钢、钢管的屈服强度、屈强比和韧性指标值的具体确定方法。     

管道缺陷评估方法

由于油气的易燃、易爆、有毒等特点，可能引发输送管道爆炸、燃烧、中毒等重大事故，使生产和经济遭受严重破坏。腐蚀缺陷是引起管道事故的主要原因之一，当检测到管道存在腐蚀缺陷时，就需要使用评估的方法确定它的严重程度及应该采取的措施，这也是管道完整性管理的一个重要的部分。介绍了管道缺陷评估所使用的ASME B 31G、RSTRENG、RPF-101等标准；提出了各种标准的选择及适用性以及评估准确性的主要因素等。     

基于PCA-SVR模型的油气管道剩余强度预测

针对单一缺陷油气管道的剩余强度预测问题,深入分析影响管道剩余强度的相关因素,对主成分分析(PCA)、支持向量回归法(SVR)及PCA+SVR 的基本原理和组合过程进行总结,利用从文献中获取的单一缺陷管道相关数据,使用PCA 对影响因素进行降维处理,最后使用SVR 模型进行剩余强度预测,并将预测结果与其他常见模型和计算方法进行对比,以此验证该模型的可行性。研究结果表明:在所有影响因素中,管道钢级对油气管道剩余强度的影响最大;PCA+SVR 预测模型的预测平均误差为1.91%,均方根误差为0.34,证明此方法具有较高的准确率,但所有预测结果均小于实际剩余强度,证明该方法的保守性相对较强,会导致管道工作效率下降。     

直径1422mmX80管道环焊接头应变能力数值模拟方法

鉴于高钢级管材的组织特征及焊缝失效对于管道安全的重要影响,管道环焊缝承载能力成为当前管道行业的研究热点,以中俄东线全自动焊口为研究对象,准确考虑环焊接头根焊、热影响区、母材、填充焊4个区域材料本构关系的差异性,基于有限元方法建立了分析管道环焊接头应变能力的数值仿真模型。定量分析了母材屈强比、运行内压、载荷类型等组合工况下焊缝强度匹配系数等对管道环焊缝裂纹扩展驱动力的影响。采用静裂纹起裂的失效判定方法,以表观断裂韧性值为临界准则,结合中俄东线管材及环焊接头材料特性参数实际变化范围,计算了在设计工况范围内最不利条件下中俄东线环焊接头的应变能力。结果表明:提高焊缝区强度匹配能够有效减小接头的裂纹扩展驱动力,增加管道内压或提高母材屈强比会使相同强度匹配条件下的裂纹扩展驱动力更大,拉伸载荷下的裂纹扩展驱动力要大于弯曲载荷下的裂纹扩展驱动力。该方法既可以用于根据焊接接头性能要求指导焊接参数的确定,也可以用于在役管道含缺陷焊接接头的适用性评价。     

原油管道外腐蚀风险评价

介绍了应用解析法评估腐蚀管道失效风险的方法,根据ASME B 31 G和DNV等规范建立了腐蚀管道失效概率计算模型,结合国外管道事故统计结果,应用伯努利能量方程建立了后果评价模型,论述了建立风险可接受标准的方法.     

输气管道干线强度设计原则

大口径、高压力天然气管道壁厚的选取,不仅会影响管道的安全运行,而且与管道工程建设投资直接相关。通过对GB 50251-2015、ASME B31.8-2007、ГОСТР55989-2014、ISO13623-2009、CSA Z662-11-2011等国内外常用输气管道干线直管段强度设计标准的相关内容进行对比,分析了各标准的设计理念、适用范围及技术优势,特别是针对管线钢随着等级提高而呈现屈强比增大的特点,比较分析了各标准对于管道壁厚设计结果的差异。随着大口径、高压力管道技术的发展,基于材料抗拉极限壁厚设计原则的俄罗斯标准更能反映出高钢级管线钢材料的特性变化。     

基于ANSYS的双点腐蚀缺陷管道剩余强度评价

为了定量评价管道腐蚀缺陷的严重程度,利用ANSYS有限元法对腐蚀管道的剩余强度进行研究,通过对管道腐蚀缺陷的模拟,分析腐蚀区的应力状态.基于含双椭圆凹坑缺陷的管道模型,探讨了腐蚀缺陷深度和缺陷间距对管道剩余强度的影响,定量确定了两者对管道局部应力的影响作用.结果表明:缺陷深度与局部应力成正比例关系,是影响管道局部应力的最主要因素,而缺陷间距对管道局部应力的影响较小.     

油气管道悬空沉降变形失效评估

管道在实际运行过程中常常受到因沉降变形导致的外部载荷作用,而已有的管道失效评估标准与方法大多局限于内压对管体的影响.针对油气管道悬空沉降变形问题采用力学模型、有限元分析、开挖试验等方法进行了系统研究,模拟了无缺陷和含缺陷悬空管道的应力分布,结果表明,缺陷在管道底部时等效应力最大.通过开挖试验获得了最大应力点的应力变化等试验数据,验证了有限元方法用于工程实践的可行性,指出在实际工程评估中尚需考虑缺陷位置、土质等因素的影响.     

均匀腐蚀速率下内腐蚀管道最小剩余壁厚预测方法

对内腐蚀缺陷管道建立了三维非线性有限元模型,预测其失效压力,并分析管道壁厚、内压、缺陷尺寸对最小剩余壁厚的影响。研究结果表明:在均匀腐蚀速率下,管道壁厚、内压、缺陷深度和长度是影响最小剩余壁厚的主要因素,缺陷宽度影响较小,可以忽略缺陷宽度方向尺寸的变化;有限元计算的最小剩余壁厚与试验结果吻合较好;最小剩余壁厚与管道壁厚、内压近似呈线性关系,与缺陷长深比近似呈负指数关系。基于有限元计算结果,拟合得到最小剩余壁厚公式,其计算值与爆破试验结果接近,可以为管道剩余寿命评价提供参考。     

基于可靠性设计方法的长输管道选材方案

针对国内某长距离通过多年冻土地区管道的选材问题,在经济、技术方案比选的基础上,基于管道的可靠性设计,结合管道的失效原因、失效类型和极限状态分析,对X52、X60钢级的管道抗力进行分析,认为X52钢级、9.5 mm壁厚管道的抗力水平整体明显高于X60钢级、8.7 mm壁厚管道,除抵抗第三方机械挖掘破坏刺穿能力相当外,其他方面的性能优势明显,尤其是极限拉伸应变和压缩应变,分别提高了17%和31%。利用材料、施工和运行维护不确定性参数,采用蒙特卡洛方法,定量计算X52、X60管道在腐蚀和第三方机械挖掘破坏情况下的失效概率水平,结果显示采用X52钢级方案管道失效概率远小于采用X60钢级方案。在费用增加约3.5%的情况下,基于管道的安全可靠性考虑,设计推荐采用X52钢级、壁厚9.5 mm方案。     

中俄东线天然气管道焊接消磁技术试验

长输管道在建设、改线或维抢修作业时,常会遇到管道对口处有磁偏吹现象,使得在焊接施工时,电弧发生偏离,导致焊接缺陷甚至无法焊接施工,严重影响了工程进度及管道的本质安全。中俄东线天然气管道工程采用1422 mm口径、X80钢级管道,以往所采用的消磁方法和消磁设备已无法满足其大口径、高钢级管道的消磁作业。通过分析管道剩磁的产生机理和影响因素,得到不同消磁方法对中俄东线管道的适用性。通过现场试验验证直流消磁法,分析直流消磁和直流焊机消磁的优缺点及工作参数,提出可行性建议。     

高钢级管道环焊缝缺陷修复技术探讨

近年来因环焊缝开裂引起的高钢级管道失效事故频发,因此,高钢级管道环焊缝质量及缺陷修复问题备受关注。基于高钢级管道环焊缝缺陷类型,介绍了国内外高钢级管道修复标准对于环焊缝缺陷的推荐处理方法,系统梳理了现有焊接与非焊接修复技术的阶段性研究成果。在焊接修复技术方面,B型套筒是修复高钢级管道环焊缝缺陷的首选修复技术,目前针对开式三通、护板及B型套筒的水平直焊缝及环向角焊缝的全自动焊接技术已基本具备推广应用条件,将大幅提高焊接效率及焊接质量。非焊接修复技术主要有复合材料、环氧套筒及钢制内衬复合材料修复技术3类,国外针对复合材料与钢制内衬复合材料修复X42级管道环焊缝缺陷(50%未熔合)开展了系列验证试验,相比复合材料,钢制内衬复合材料修复效果更好;国内则针对经检测评价确定无需修复但存在缺陷的环焊缝采用钢质环氧套筒进行补强,并结合复合材料及环氧套筒修复技术,开发了复合钢制内衬修复技术。最后,针对高钢级管道环焊缝缺陷修复问题提出了解决思路及重点研究方向,以期为中俄东线天然气管道及类似高钢级管道环焊缝缺陷修复提供技术参考。(图2,表8,参22)     

在役长输天然气管道几何凹坑缺陷管理策略

介绍了输气管道几何凹坑缺陷的分类方法,比较分析了国外有关几何凹坑缺陷的评价方法,指出以几何凹坑最大深度和以几何凹坑在管道内外表面产生的最大应变为评价指标存在的不足,深入研究了Lukasiewicz-Czyz及Gao Ming等给出的等效应变表达式,将其计算结果分别与采用ASME B31.8标准推荐公式的计算结果相比较,结果表明:相对Lukasiewicz-Czyz公式所得值,利用ASME B31.8公式所得内表面等效应变低估了1倍,外表面等效应变低估了0.5倍;相对Gao Ming公式所得值,利用ASME B31.8公式计算所得内表面等效应变低估了2倍,外表面等效应变低估了0.2倍.给出了基于风险的几何凹坑缺陷处理程序及检测建议,对于保障我国天然气管道的安全运营,促进管道完整性管理的进步和完善具有一定意义.     

基于内检测数据的管道腐蚀缺陷分布规律

确定管道腐蚀缺陷尺寸的分布规律对于提高管道可靠性计算精度有重要影响,可以更加准确地预测腐蚀管道剩余寿命。基于概率论和数理统计原理,以中国某管道公司25条管道内检测数据为研究对象,采用正态分布、对数正态分布、Gumbel分布、Weibull分布以及指数分布函数对腐蚀缺陷尺寸数据进行拟合,依据最大似然估计方法计算相应的分布参数,并通过K-S检验和P-P散点图,对比不同分布类型的优先级,探讨不同分布类型对于管道腐蚀缺陷深度、长度、宽度随机变量的适用性。结果表明:对数正态分布可以较好地描述管道腐蚀缺陷深度、长度及宽度参数的分布规律。(图3,表2,参24)