第11卷第1期 中全生产科学技术 Journal of Safety Science and Technology Vo1.11 No.1 2015年1月 Jan.2015 文章编号:1673—193X(2015)一01~0151—05 腐蚀缺陷管道评价标准保守性对比分析 李 琴,席御僖,黄志强,汤海平,纪苏丹,罗 旭 (西南石油大学机电工程学院,四川 成都摘610500) 要:针对标准SY/T6477—2000和标准API RP579—2007中腐蚀缺陷管道评价判据问题,研究 了标准中各项判据及其算法,计算了不同评价标准对于同一腐蚀缺陷的评价结果,并对比分析了 不同参数变化情况与评价结果保守性关系。结果表明,不同评价标准所得的缺陷管道判据参数值 之间存在差异,即各评价标准的保守性不同,不同评价标准适用于不同的均匀腐蚀或局部腐蚀缺 陷管道情况。以此有效防止使用标准时造成差错,同时为今后相关标准的修订尽可能提供有益的 帮助。 关键词:腐蚀缺陷管道;评价标准;保守性 中图分类号:X937;TE973文献标志码:A doi:10.11731/j.issn.1673—193x.2015.O1.025 Comparative analysis on conservatism of evaluation standards for pipelines with corrosion defects LI Qin,xI Yu—xi,HUANG Zhi—qiang,TANG Hai—ping,JI Su—dan,LUO Xu (School of Mechatronic Engineering,Southwest Petroleum University,Chengdu Sichuan 610500,China) Abstract:Aiming at the problem of evaluation criterion for pipelines with corrosion defects in the standard of SY/ T 6477—2000 and API RP 579—2007,the evaluation criteria and algorithms in these standards were studied.The e— valuation results on same corrosion defect by different standards were calculated,and the conservatism relationship between changes of different parameters and evaluation results was comparatively analyzed.The results showed that orf the same corrosion defect,there are some differences between the criterion parameters with different evaluation standards,namely,the conservatism of each evaluation standard are different.The different evaluation standard should be applicable to different uniform corrosion or local corrosion.It can effectively prevent the error caused by using the standards,at the same time,provide useful help for the future revision of standards as far as possible. Key words:pipelines with corrosion defects;evaluation standard;conservatism 0 引言 管道长期运行时会因内外环境因素导致管道腐 ,必须确定当前腐蚀缺陷管道是否可以继续服役,因 此必须对管道进行剩余强度评价。腐蚀管道的剩余 强度评价的目的就是评价管道受到腐蚀、产生腐蚀 缺陷时管道是否能在规定的压力下继续运行。管道 公司希望在保证安全的前提下,最大限度地降低管 道评价的保守性,提高管道运营的经济效益,因此选 择何种评价标准与管道公司的经济利益和安全运营 密切相关。 使管道的实际运行压力下降,运输功能降低,甚 会对管道的安全运行造成潜在的威胁 ,运营者 收稿日期:2014—08—29 作者简介:李琴,副教授。 腐蚀缺陷管道按照缺陷形态特征可分为:均匀 ・152・ 中全生产科学技术 第11卷 腐蚀、局部腐蚀以及点蚀三类。其中,均匀腐蚀和局 部腐蚀是导致管道失效的主要形式,对含有均匀腐 蚀和局部腐蚀缺陷的管道进行评价,具有重大的经 济价值和社会效益 J。对于这两类腐蚀缺陷的评 定,基于Kiefuner和Maxey等人2O世纪70年代建 立的半经验断裂力学关系式 J,形成了最早的评 价标准和规范 。 。从20世纪90年始,国内外 对腐蚀缺陷的评定方法开展了大量研究,并颁布了 新的标准和方法,其中最具代表性的则是标准SY/ T6477—2000 和标准API RP579—2007 。本文 就此两种标准展开保守性对比分析,对指导我国管 道的剩余强度评价具有重要的价值。 1 评价方法 美国标准API RP579--2007{服役适用性准则》 的工业背景是石油化工承压设备,评价含各类缺陷 设备,确保设备服役期间能够安全运行。标准SY/ T6477--2000{含缺陷油气输送管道剩余强度评价 方法第一部分:体积型缺陷》是按GB/T1.1—1993 的规定,通过非等效采用标准API RP 579《服役适 用性准则》(1997年草案)而编写的标准。在技术内 容上与API RP579中的含体积型缺陷管道剩余强度 的一级评价和二级评价等效。若腐蚀管道不能通过 标准的一级评价,则需降低最大允许工作压力来进 行二级评价。 管道的运行压力、几何尺寸、材料特性和缺陷形 貌以及其他运营条件是影响管道剩余强度的主要因 素,相关准则都是根据缺陷的几何尺寸进行校核。 两种标准都提出了一种腐蚀缺陷部位划分网格并测 量剩余壁厚(如图1~2),用危险厚度截面(CTP)来 表征金属损失的方法。此法通过检测确定危险厚度 截面,基于剩余壁厚检测数据评估腐蚀损伤区域内 的轴向和环向以及管道所处地区级别、管道材料理 化性能数据和焊缝系数等,确定最小测量壁厚 (t ) J。通过分析区腐蚀情况,根据得到的CTP 及其他参数,再按标准中提出的相关参数的方法进 行计算、评价,最后根据最大操作压力(MAWPr)计 算原则评估操作压力P下管道是否能安全运行。 2均匀腐蚀评价判据对比 根据国内外两个标准适用范围的不同,笔者从 CI C2 C3 C4 Cs C6 C7 Ca Ct【l —一一一—一一——\ : _ / L 』 : ./ 、 ● , \ \// 线表示环向检测; 线表示轴向检测;虚线表示缺陷轮廓 图 管道 临界壁厚断面图 ● < 图 轴向断面图 ● 两个标准共有的部分进行比较,找出两者差异,并进 行分析。 2.1 最小测试壁厚f 判据 均匀腐蚀缺陷是否通过一级评价必须满足下面 判据: ) 标准 ≥ [. ]+ () 2) 标准 ≥ [. ,. ]+ () 式中,£…为最小测试壁厚, ; 为未来腐 蚀裕量,根据介质的腐蚀速率、管道设计寿命选取, 对于腐蚀较小的管道,一般取. ,对于腐蚀较 大的管道,一般取 , ; i 为管道最小要求壁 厚, 。 根据公式()和公式()可以看出,两标准关于 的判据均只与参数 和 有关,而在针对同 一腐蚀管道缺陷的情况下, 与 值是相同的, 但在标准 一 《输气管道工程设计规 范》¨。。中明确规定了 j 与管道公称直径的关系,结 合两标准判据公式,于是可以得出在不同公称直径 的腐蚀管道情况下,针对同一缺陷,两标准判据对比 情况,其结果见图。 第1期 中全生产科学技术 ・153・ 上方时,缺陷管道中均匀腐蚀可接受,而位于曲线下 吕 吐 制 憾 姜 方时,则不可接受。由图3可以看出,当管道公称直 径小于500mm时,标准SY/T6477对最小测试壁厚 的可接受值高于标准API RP579,即此时SY/T6477 嚣 ÷ 嘣 标准较API RP579标准更保守,使得缺陷管道更难 通过一级评价;而当管道公称直径大于500mm时, 两标准的可接受值相等,且随着管道公称直径的增 管道公称直径/mm 大而增大。 2.2腐蚀区域轴向金属腐蚀量S判据 图3管道公称直径与最小测试壁厚关系图 Fig.3 Relation curve between pipeline nominal diameter and the minimum test thickness 均匀腐蚀缺陷的可接受性取决于轴向金属腐蚀 长度S和腐蚀区域长度 的大小:如果s≤ ,轴向腐 蚀量可以接受;如果S>L,轴向腐蚀量不可接受,则 需进行其他方式的评价。两标准中S判据见表1。 根据判据可知,当最小测试壁厚值f 位于曲线 表1 两标准中轴向金属腐蚀量判据 Table1 Extent of the metal loss in ,1"6477 and API RP 579 式中, 为腐蚀区域长度,mm;Q为由 确定的 值,mm。 用于计算 的系数;D 为管道内径,mm;R 为剩余 厚度比;RSF。为许用剩余强度系数(两种标准规定 取0.9);t =t 一FCA,mm;t 为测试壁厚平均 根据两个标准中尺 与Q的关系式,可得出在不 同R 下Q的数值,计算结果见表2。 表2剩余壁厚比与Q关系表 Table 2 Relation ablte between remaining thickness and Q 由表2可以看出,在不同R 情况下,根据两个 方时,腐蚀量可接受,而位于曲线上方时,则不可接 标准计算出的Q值几乎相同,于是假设,两个标准 在相同R 下,Q值相等。将表2中相对应的R 与Q 值带入 判据式,再结合2.1中£ 与D关系,计算 得出D与,J曲线关系图,如图4所示。 受。由图4可以看出,当管道公称直径小于500mm 时,标准API RP579对腐蚀区域长度 的可接受值稍 低于标准SY/T6477,即此时API RP579标准较SY/ T6477标准保守,使得缺陷管道更难通过一级评价; 而当管道公称直径大于500ram时,两标准的可接受 根据判据可知,当轴向金属腐蚀量s位于曲线下 ・154・ 中全生产科学技术 第11卷 § 越 螫 凶 蜀 懊 管道公称直径/mm 图4管道公称直径与腐蚀区域长度关系图 Fig.4 Relation curve between pipeline nominal diameter and corrosion area length 值相等,且随着管道公称直径的增大而增大。 3局部腐蚀评价判据对比 局部腐蚀评价方法,即因局部腐蚀或机械损伤 而导致的管道内表面或外表面局部金属损失的评价 方法。此评价方法还可以用来评价裂纹型缺陷打磨 后造成的局部金属损失。 3.1 局部金属腐蚀轴向尺寸S的可接受判据 局部金属腐蚀轴向尺寸S能够接受取决于(A, R )在A一月 曲线上的位置,其位于曲线上方或左 方,可接受;位于下方或右上,不可接受。 1)SY/T6477标准 A: (9)  ̄/D t ; R =((脚 Fn一 。一 ) (1( .・0—70一 — j )一)~,A≤-,A≤20‘ 0’。。 R =0.9, A>20 式中,A为壳体参数。 2)API RP579标准 A: (11) 0 Dt R =0.2, A≤0.330 RSF R =(RSF。一 f 1+0.48A 、o・ 。一 2、u)一1 0.330<A<20 48A‘,, .R =0.9, A≥2O (12) 根据公式(10)和公式(12)可以得知,两种标准 的不同之处在于对函数的分段上,即在[0,0.330] 区间上对应的尺 的取值不同。将区问[0,1]上A 与R 对应关系局部放大作图,如图5所示。 0.2 0.1 0.2 0.3 0-33 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 图5 A在区间[0,1]上,局部金属腐蚀 轴向尺寸S的可接受判据 Fig.5 Acceptable criteria for axial siza of local metal loss base on A in[0,1] 从公式方面比较分析,API RP579判据分段更 为细致;从图形曲线方面比较分析,当A在[0, 0.330]区间时,R 取得最大值情况是在当A=0.330 时,用公式计算得出R 数值近似为0.1846(< 0.2)。由于判据的可接受区域位于在两标准曲线 上方,所以在此条件下,局部金属腐蚀轴向长度s不 一定被SY/T6477标准接受,但一定不被API RP579 标准接受,此时,API RP579标准较SY/T6477标准 更保守。 3.2降级后最大允许工作压力MAWP,判据 在缺陷参数不能满足一级评判时,标准规定需 减低最大允许工作压力再执行二级评价,在不考虑 外部载荷条件下,对于最大允许工作压力必须满足 下面判据。 1)SY/T6477杯准 MAWP;=2 SE tc MAWP ̄=4 SE tc MAWP =min[MAWP:,MAWP ̄]≥MAWP (13) 21API RP579标准 第1期 中全生产科学技术 ・155・ 4 P:= SEt 2SEt 一i 尺+0.6 Do+1.2t 4SEt = =———— Do一0.8t MAWP :rain[MAWP , ]≥MAWP (14) 根据判据公式可以看出,两标准的降级后最大 允许压力MAWP 都是取环向最大允许工作压力 MAWP:与轴向最大允许工作压力MAWP 的较小 值,对比两边准中MAWP;与MAWP 的计算式,容易 看出较小值为MAWP:。再对比两标准的MAWP:计 算式,因为 SEt 25E SEt R-4-0.6t D 0-4-1.2t < Do 于是可以得出,API RP579标准要求的MAWP; 值小于SY/T6477标准要求值的结论,即API RP579 标准要求的MAWP 值小于SY/T6477标准要求值。 根据判据可知,当管道最大允许压力MAWP一定 时,腐蚀管道降压后的最大允许压力MAWP,更不易 通过API RP579标准的二级评价,于是,对于降压后 的最大允许压力判据,API RP659标准较SY/T6477 标准更保守。 4 结论 1)使用各评价标准对不同公称直径的缺陷管 道进行均匀腐蚀评价时,得到的SY/T6477与API RP579判据计算结果存在差异:当管道公称直径小 于500mm时,SY/T6477标准对最小测试壁厚的要 求值较API RP579标准保守;在轴向金属腐蚀长度 判据方面,API RP579标准较SY/T6477标准保守; 当管道公称直径大于500mm时,两标准要求的可接 受值相等。 2)当对同一运行管道进行局部腐蚀判据评价 时,针对局部轴向金属腐蚀量判据和降级后最大允 许工作压力判据,API RP579标准比SY/T6477标准 更保守,即更难通过API RP579标准的一级评价。 参考文献 [1] 帅健.美国油气管道事故及其启示[J].油气储运, 2010,29(11):806—809 SHUAI Jian.Oil and gas pipeline accidents in US and their inspiration[J].0il&Gas Storage and Transporta— tion,2010,29(11):806—809 [2]郑伟,帅健,郑贤斌.埋地长输管道腐蚀状况检测技术 [J].石油化工设备,2007,36(6):73-76 ZHENG Wei,SHUAI Jian,ZHANG Xian—bin.Technolo— gies of corrosion inspection on long—buried pipelines[J]. 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