管道剩余強度和剩余壽命評估實踐

李雪

（中海油能源發展裝備技術有限公司，天津 300452）

1.目標管道概況

此次評估實踐選取的目標管道于2009年投產運行，設計壽命為15年，全長18km，壁厚12.2mm，直徑10吋。

2013年檢測出的金屬損失共計57處。其中44處均為內部金屬損失的腐蝕缺陷，最深的壁厚腐蝕損失達到28%，位于距離發球端1560m處的05:18點鐘方向；另外為13處機加工缺陷。

2017年檢測出的金屬損失為1898處。其中1886處均為內部金屬損失的腐蝕缺陷，最深的壁厚腐蝕損失達到48%，位于距離發球端6700m處的05:00點鐘方向；另外為24處機加工缺陷。

2.檢測數據統計分析

2.1 檢測數據基本情況

2013年在目標管道上共檢測出了44處腐蝕異常和13處管道機加工缺陷計算壁厚損失大于等于10%的金屬缺失缺陷。從整體上看，缺陷主要分布在里程位置1000m～3000m、17000m和18000m附近處。前半部分缺陷大致4:00～8:00，后半部分缺陷幾乎分布在全時鐘方位。近一半的缺陷點位于焊縫附近。

2017年在目標管道上共檢測出了1886處腐蝕異常和12處管道機加工缺陷計算壁厚損失大于等于10%的金屬缺失缺陷。相對于2017年，本次檢測出缺陷較多，里程4000m～9000m處的缺陷數量眾多，缺陷多分布在3:00～9:00鐘。

2.2 兩次檢測腐蝕缺陷對比

結合兩次檢測數據報告，通過整理，將2013年檢測出的腐蝕缺陷點與2017年檢測結果進行比較，并提取出2017年檢測報告中腐蝕深度超30%的缺陷點。

3.剩余強度評估

3.1 ASME B31G評估原理

根據ASME B31G（1991），進行剩余強度評估。首先，根據已有的數據計算出影響因子A，其中:

Lm為管道缺陷的軸向長度，mm；

D為管道的標準外徑，mm；

t為管道的標準厚度，mm。

當計算得到的A小于等于4.0時：

d為管道缺陷的深度，mm；

S為額定最小屈服強度，MPa；

F為設計因子；

T為溫度減額因數，如無要求則取1；

P為最大操作壓力(MPa)與P=2StFT/D之間的較大值；

P'為腐蝕區域最大的安全壓力，MPa。

3.2 ASME B31G評估結果

采用ASME B31G，通過計算，剩余強度最小、ERF值最大的點位于里程5836.80m處，腐蝕深度為25%，腐蝕長度為43mm，剩余強度為4.6720MPa，ERF為0.8562，該缺陷剩余強度滿足當前管道的最大允許操作工況（4MPa）。

通過計算剩余最小、ERF值最大的25個點，得到剩余強度及ERF分布圖，即圖1。

圖1 剩余強度及ERF分布圖

3.3 DNV RP F101評估原理

DNV-RP-F101 (2004)中給出的剩余強度計算公式為：

其中：

Pf為剩余強度；

t為管道壁厚；

d為腐蝕點深度；

D為管道外徑；

fu為管道設計中使用的抗拉強度。

Psw為安全工作壓力；

F1為建模系數；

F2為設計參數值。

3.4 DNV RP F101評估結果

采用DNV RP F101，通過計算，剩余強度最小、ERF值最大的點位于里程5836.80m處，腐蝕深度為25%，腐蝕長度為43mm，剩余強度為4.7519MPa，ERF為0.8418，該缺陷剩余強度滿足當前管道的最大允許操作工況（4MPa）。

通過計算剩余最小、ERF值最大的25個點，得到剩余強度及ERF分布圖，即圖2。

圖2 剩余強度及ERF分布圖

4.剩余壽命評估

油氣管道腐蝕剩余壽命評價是非常復雜的問題，國內外學者從上個世紀開始研究，至今尚未形成統一的結論。因為腐蝕原因多種多樣，造成了腐蝕速率發展的極大不確定性，因為很難準確評價其剩余壽命。通常情況下，針對內檢測到的腐蝕缺陷，采用如下方法分析其剩余壽命。

基于內檢測的數據，認為管道為均勻腐蝕，依據檢測出的腐蝕深度計算出每年的腐蝕速率GR（mm/a）：

d為檢測出的腐蝕深度，%；

t為管道壁厚，mm；

T為管道已使用的時間，a。

根據ASME B31G規定管道深度腐蝕超過80%壁厚，則需要換管，所以按照ASME規范所評定的剩余壽命RL(a)為：

根據DNV RP F101規定管道深度腐蝕超過85%壁厚，則需要換管，所以按照DNV規范所評定的剩余壽命RL(a)為：

本次項目有兩次檢測報告，分別是2013年和2017年，根據本次項目的特點，剩余壽命的計算分為兩個方面：一是利用兩次檢測數據，通過2017年與2013年數據進行對比，計算出腐蝕發展速率，得出管道剩余壽命；二是利用2017年新增的腐蝕缺陷，判斷腐蝕速率，得出管道剩余壽命。

管道于2009年投產，設計壽命為15年，到2017年5月，管道的設計剩余壽命為6.4年。

5.結論

5.1 剩余強度評估結論

本文采用ASME B31G和DNV RP F101兩種規范對管道的腐蝕深度較深的缺陷進行了剩余強度評估，并求取了各缺陷點的安全工作壓力。結論表明，當MAOP=4MPa時，采用B31G規范和F101規范缺陷點的剩余強度滿足安全要求。

5.2 剩余壽命評估結論

本文采用兩次檢測數據對比和新增缺陷計算兩種方法對管道剩余壽命進行計算，得出結論：管道最大腐蝕速率為1.42mm/年，管道的最小剩余壽命為2.9年。

6.建議

本次評價完全是依據檢測出的結果進行計算，未對管道進行流型流態、腐蝕原因、腐蝕實驗等進一步分析，故評估結果存在誤差。建議對該管道開展更加深入的完整性評價工作。