戴永成

（江苏省特种设备安全监督检验研究院泰州分院 泰州 225300）

随着工业管道服役时间的增加，我市的管道大部分将陆续进入事故高发期。这些“带病”管道在使用过程中大多会产生各种类型的缺陷，一旦发生特殊情况，将造成巨大的经济损失甚至人员伤亡。工业管道的腐蚀缺陷形貌大概可以分为均匀腐蚀和局部腐蚀。其中均匀腐蚀是导致工业管道失效的主要腐蚀形式。对含腐蚀缺陷的管道进行剩余强度评价，具有重大的意义。

目前国内外管道剩余强度评价的方法有很多，最具代表性的包括：有限元法和失效评估图法、API579准则、ASME B31G准则、以及挪威船级社DNV RP-F101评价准则等，国内也陆续制定过SY/T10048-2003等剩余强度评价标准[1]，。目前在压力管道检验过程中遇到均匀腐蚀减薄的情况，采用的强度校核都是基于GB/T20801《压力管道规范 工业管道》的计算公式。相比于国内标准，API579准则提出了按照壁厚平均法估算最高允许工作压力的方法，也提供了比较完整的评价体系，评价方法比较先进[2-5]。

1利用API579准则分级评价过程

API579准则建立了分级评价体系，对含有均匀性腐蚀缺陷的管道进行了3级评价，通常评价所需数据与管道的结构和材料属性有关。1级评价需要最少的数据及参数，评价结果最为保守；2级评价则需要较多的参数数据，评价方法也更为详细，得到的结果相比比较准确；3级评价需要的数据最多，其结果最为精确，但一般由经验丰富的专家们完成[6-8]。其评价均匀性腐蚀缺陷管道剩余强度的流程图如图1所示。

图1 API579均匀腐蚀管道剩余强度评价流程图

2 均匀性腐蚀缺陷管道的一级评价

我市某单位在用工业管道在定期检验过程中发现其含有均匀性腐蚀缺陷，现场查阅资料及实测取得管道剩余强度评价所需的基本参数如下：

表1 管道基本参数数据表

根据管道的轮廓将缺陷按照轴向和环向交叉划分，形成矩阵网格，自由划分网格大小。划分的网格越精细，工作量相对越大，得到的结果也越精确。本次网格划分将管道缺陷按轴向划分为10份，每个坐标点对应一个轴向位置点，用Mi表示，其中i=1～10;按环向划分为8份，每坐标点对应一个环向位置点，用Nj表示，其中j=1～8表示。因此将该缺陷离散为80个测量点，每一点对应的测厚数据用t（Mi，Nj），临界断面图如图2所示，测厚数据见表2。

表2 管道壁厚测厚数据表

由图2可知，按照缺陷的形状设置网格的密度，环向网格间距设为10mm，横向网格间距设为8mm，缺陷轴向最大长度Lm为70mm，环向最大长度LC为40mm。

图2 缺陷临界断面图

1）计算管道的最小要求壁厚tmin

式中：P-管道设计最大运行压力，取4.4MPa；

S-材料许用应力

β-泊松比的两倍

将参数带入式（1）、（2）、（4），计算得出环向最小壁厚tLmin的值为

tLmin=βPD/4SEW=1.409mm

轴向最小壁厚tCmin的值为

tCmin=PD/2SEW=4.695mm

根据式（3）确定出管道的最小要求壁厚tmin为4.695 mm

2）根据表2中的记录数据，取所有测厚点中的最小值作为测量的最小壁厚值tmm，其值为4.4 mm；取所有测厚读数的算术平均值作为该缺陷的平均剩余壁厚tam，其值为7.4 mm。

3）确定管道剩余壁厚比Rt和轴向最大允许腐蚀缺陷长度L值：

4）判断轴向缺陷是否可以接受

如果Lm＜L，则管道轴向缺陷可以接受；如果Lm＞L，则需要对 值进行调整。很明显，根据上面计算得到的数据Lm＞L，调整tam为最小壁厚测量值，即tam=tmm。在1级评价中，环向应力近似为轴向应力的两倍，因此只需要满足环向应力满足评价准则，轴向应力自然满足。

5）判定环向缺陷是否可以接受。只有同时满足以下（8）、（9）两个条件，才能认为该缺陷可以接受。

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

6）以（tam-FCA）为计算壁厚，计算管道的最大运行压力MAWPr为

将各个参数带入式（10）、（11）、（12）中，得到：最大运行工作压力MAWPr为2.81MPa。

3 计算GB/T20801标准的最大允许工作压力[9]

当tam-FCA＜D/6时，该管道的计算厚度tam-FCA按式（13）计算：

当tam-FCA≥D/6 或MAWPr/SΦ＞ 0.385 时，计算时应考虑失效机理、疲劳影响和温差应力等因素。

根据已知参数计算得出tam-FCA=3mm，满足式（13），计算得出

4 结论

1）依据API579准则的均匀腐蚀评价标准，在设计压力为4.0MPa的工况下，该缺陷不满足一级评价。建议考虑以下处理方法[10-11]：（1）对该段腐蚀管道进行降压，修理甚至更换；（2）采取其他补救措施，改变未来腐蚀裕量FCA的值；（3）对焊缝进行检测，调高焊缝系数EW，排除其他影响评价的缺陷；（4）进入二级评价。

2）本次选择tam时近似取最小壁厚的测量值，相对保守。在相同的tam条件下，基于API579一级评价计算得出该缺陷管道允许的最大安全运行压力MAWPr为2.81MPa；基于GB/T20801-2020强度校核标准计算得出该缺陷管道允许的最大安全运行压力MAWPr为2.65MPa。结果表明在该缺陷下API579一级评价计算数值相比较高出7.55%。给工业管道检验人员提供了经验参考。