含裂紋缺陷管道的剩余強度評價

冉龍飛，高文浩，吳 棟

（遼寧石油化工大學， 遼寧 撫順 113001）

含裂紋缺陷管道的剩余強度評價

冉龍飛，高文浩，吳 棟

（遼寧石油化工大學， 遼寧 撫順 113001）

由于油氣管道輸送介質易燃、易爆和有毒性的特點，在輸送過程中一旦發生泄漏，就會迅速擴散、燃燒，甚至爆炸，勢必造成人員傷亡和經濟損失。因此，防止管道破裂成為油氣輸送管道安全運行的重要任務，一直受到相關部門的高度關注。

油氣；泄漏；燃燒；爆炸；破裂

油氣管道從制造、安裝到服役結束，整個周期會產生各種形式的缺陷，管道裂紋屬于平面型缺陷。在油氣輸送過程中，出于對輸送工況的考慮，需要高溫、高壓輸送，這對管道本身的承載能力提出很高的要求，一旦高出管道的承載能力，勢必會引發油氣管道出現裂紋。存在裂紋的油氣管道隨著開裂程度的進一步加劇，最終導致工程結構的破壞[1]。可見裂紋缺陷對油氣管道，甚至對整個工程結構的破壞力都是極強的，因此對含缺陷裂紋管道剩余強度評價對延長管道服役壽命具有指導意義。

1 管道裂紋缺陷產生的原因

管道裂紋缺陷產生原因種類很多，歸結為以下三類[2]：

（1）管道在制造過程中產生的缺陷，如母材中的加渣、分層、未焊頭等和焊縫；

（2）在裝卸、運輸、組裝、下溝等過程中管道表面的機械損傷；

（3）在管道服役期間，管內輸送介質和外部環境使管道形成腐蝕裂紋。

以上幾種原因使管道形成裂紋，在裂紋擴展過程中，經歷兩個階段，其一是裂紋產生起始時期管道經歷的穩定擴展[3]；其二是達到起裂條件時，穩定擴展轉變為失穩擴展，失穩擴展的速度是很快的。

2 失效評定圖法

失效評定圖技術是缺陷評價技術的代表，并且被行業普遍采用。失效評定圖的概念是在 1976 年由英國中央電力局（CEGB）提出來的，而且起初的失效評定曲線是從 D-M模型出發推導出來的[4]。極限狀態下，

（1）-（4）式聯立得：

式中: KI(a, p )—含裂紋結構的裂紋尖端彈性應力強度因子；

p0(σs)—塑性失穩（極限）載荷；

KIC—材料的斷裂韌性；

p (σ)—外加載荷；

以（5）式中 Lr為橫坐標， Kr為縱坐標，在坐標區域內繪制所得到的曲線為基于 D-M模型的失效評定圖，如圖 1 所示[5]。

圖 1 基于D-M模型的失效評定圖Fig.1 D-M model based on failure assessment diagram

對于一個含裂紋結構，計算出 Lr和 Kr，就能繪制出其對應的失效評定圖，若評定點的坐標恰好在評定圖上（圖中 A點），則結構安全；反之，結構不安全。

3 失效評定曲線

隨著失效評定圖的進一步發展和應用，由于考慮到材料的應變硬化效應，建立失效評定曲線[5]。失效評定曲線用一條連續的曲線和一條截斷線來描繪，定義形式為[6]：

截斷點Lr的定義為：

3.1 通用曲線

通用曲線適用于應力-應變曲線上無明顯屈服不連續點的所有材料，其方程為：

對于應力-應變曲線上有明顯的屈服不連續點的材料，在使用通用曲線時必須保證截斷點 Lr＜1。

3.2 材料特定曲線

通過引入參考應力和參考應變的概念，得出與裂紋體結構形狀尺寸無關的失效評定曲線。參考應變指單軸拉伸的真應力真應變曲線上真實應力等于Lrσs時的真實應變[7]。曲線方程為：

式中：E—彈性模量，MPa；

材料特定曲線適用于所有金屬材料。

4 結 論

（1）含裂紋缺陷管道的剩余強度評價方法中，失效評定曲線是按照彈塑性斷裂理論建立的，計算過程采用斷裂力學理論，而失效評定圖計算評定點的 Kr和 Lr，之后將其標注在失效評定圖上，判斷工程結構是否安全。

（2）失效評定曲線相較失效評定圖法更為精確，尤其對應力-應變曲線上初始硬化速率高的曲線。

［1］帥健，于桂杰.管道及儲罐強度設計[M].北京：石油工業出版社，2006.

［2］帥健.油氣管道可靠性的極限狀態設計方法[J].石油規范設計，13(1)，2002.

［3］范天佑.斷裂力學基礎[M].南京：江蘇科學技術出版社，1978.

［4］劉學杰.地下管道穿越地面斷層的應變設計方法[J].特種結構，2005, 22（2）.

［5］ 箎陳 ，蔡其鞏，王仁志.工程斷裂力學[M].北京：國防工業出版社，2007.

［6］馬斌，帥健，李小魁，王俊強，馮慶東.新版 ASME B31G-2009 管道剩余強度評價標準先進性分析[J].天然氣工業，2011,31（8）：112-115.

［7］趙新偉，白真權，路民旭，等.在役輸氣管道腐蝕特點及典型腐蝕類型探索[J].石油專用管，1998,6(2)：47-51;62.

中國大陸6月多晶硅進口量逼近萬噸

中國大陸 6 月份以加工貿易方式進口的多晶硅依然是絕對主導，占比仍高達 80.1%，比 5 月進口總量高 10.3%。除去不在“雙反”范圍內的 150 噸半導體用多晶硅通過一般貿易方式進口外，其他全部通過加工貿易方式規避“雙反”征稅，最終致使 6 月份單月總進口量驟增至 9566 噸，環比大幅增加 37.7%，創多年來單月進口歷史新高。

據最新海關統計資料顯示：通過加工貿易方式進口的多晶硅量為 7662 噸，其中從美國進口多晶硅 1936 噸，環比增長64.8%。而美韓歐多晶硅通過臺灣以加工貿易方式轉口進入國內的多晶硅量為 736 噸，占總進口量的 7.7%。加工貿易和轉口臺灣已然成為規避“雙反”征稅的兩大主要途徑，此消彼長，輪番拉高大陸的多晶硅進口量。

大陸 1-6 月份累計進口多晶硅 45932 噸，同比增加 17.4%。其中通過加工貿易進口量達 34068 噸，占累計進口總量的74.2%。通過臺灣轉口貿易進口量達 4765 噸，占累計進口量的 10.4%。

Evaluation on Residual Strength of Pipe With Crack Defects

RAN Long-fei, GAO Wen-hao, WU Dong
（Liaoning Shihua University ,Liaoning Fushun 113001，China）

Because materials in the oil and gas transportation pipeline have characteristics of inflammable, explosive and toxic, the materials will spread rapidly, burn and explode once the leak occurs during the transportation, which will cause casualties and economic loss. Therefore, prevention of pipeline rupture as an important task of safe operation of oil and gas pipelines has been highly concerned by the relevant departments.

Oil and gas; Leaks; Fire; Explosions; Break

TE 85

： A文獻標識碼：1671-0460（2014）07-1340-02

2013-02-13

冉龍飛（1989-），男，陜西寶雞人，在讀碩士研究生，研究方向：油氣儲運系統安全。E-mail：sxbjrlf@163.com。