含缺陷管道的评价技术

(3) 内压和轴向压应力共同作用（环向腐蚀缺陷）
允许内压
B
4My , ( D t )2 t
L A B
② 允许内压：
1 γd (d/t)* H pcorr ,comp γm 2tSMTS Dt γ (d/t)* 1 1 d Q
1 H1 1
其中
L 1 SMTS Ar
1 γd (d/t)* pi γm 2tSMTS D t γ (d/t)* 1 d Q i 1 , , N
⑥ 所有相互作用缺陷的组合长度定义为：
lnm lm (li si )
in m1
⑧ 所有组合缺陷的允许内压（将lnm和dnm代入单缺陷方程）：
n, m 1, , N
5
2014‐04‐08
失效机理
存在不同失效模式
失效评定图 • 适于：判断潜在失 效模式。
•
– 极端情形：线弹性断裂和塑性失稳； – 中间情形——弹塑性断裂； – 英国中央电力局（CEGB）的R6方法：
• 该标准先后在1977年、1980年和1986年作过三次修订，前两版称为老R6，第 三版称为新R6。虽然都是利用失效评定图进行评定，但两者的理论基础有着 本质的不同。
④ 当缺陷重叠时，将其组合成一合成缺陷。合成缺陷采用组合长度和所有缺 陷中最大的深度。如果此合成缺陷是由交叠缺陷组成，那么合成缺陷的深 度应为缺陷深度之和。
的多个部分，从2到11步应当对一部分长度进行重复，评定所有
③ 如果缺陷位于±Z的范围内，它们应投影到目前的投影线上，如下
⑤ 计算单个缺陷的管道的允许内压(p1 , p2 , … , pN)，直到第N个缺陷（将每个缺 陷或合成缺陷看作一个单个缺陷进行计算）。
s 2.0 Dt t/D
1 γd (d/t)* pcorr γm 2tSMTS Dt γ (d/t)* 1 d Q
Q 1 0.31 l Dt
2
根据作用荷载和形状，分为 三类： ① 仅受内压的轴向缺陷； ② 内压和轴向压应力共同 作用的轴向缺陷； ③ 环向腐蚀缺陷。 若 d (d / t ) * 1 ，则
γ m (d/t)* 1 γd (d/t)* 2 Ar γ (d/t)* 1 d Q
,
Ar 1
d c t D
L 1 1 SMTS Ar 2tSMTS Pcorr , circ min γmc 2tSMTS , γmc D t γ Dt 1 mc A 2 r
3.2.2
ASME B31G方法
B31G－1991剩余强度计算方法如下： ① 测定腐蚀深度d，如果d小于正常壁厚t的10％，不必考虑降低MAOP(最 大允许操作压力)，若d大于t 的80％，则应修复的管段。 ② 沿纵向轴线确定腐蚀的有效长度L。 ③ 计算无量纲系数A：
A 0.893 L Dt
• 大量实验数据基础上的半理论半经验公式，计算简便； • 用于操作应力等于或大于40%SMTS的钢质管线； • 主要是评价体积型缺陷，不宜用于评定被腐蚀的环向或 纵向焊缝及其热影响区、机械损伤以及管道制造缺陷。 • 实验数据库是由中低强度管材组成的（X52以下），评 价结果相对保守。
l0
公式由来
薄壁圆筒（t<D/20）：
y
p( D t ) 2t
或
p
2t y D t
考虑到缺陷的影响：
pcorr 2t y D t (1 d / t )
引入强度校正系数Q，将上式修正得：
d 2t 1 t d D t 1 tQ
psw Fp f
其余情况类似。
不同腐蚀缺陷深度的管道允许内压（l=10d）/MPa
不同腐蚀缺陷深度的管道允许内压（l=100d）/MPa
4Байду номын сангаас
2014‐04‐08
讨论 ① 当缺陷深度浅且长度也很短时（深度小于壁厚的40%，长度小于或等 于深度的10倍），随着缺陷深度增加，允许内压有所下降，但变化并 不大。 ② 当缺陷深度大于壁厚的40%，允许内压随缺陷深度的增加而迅速地降 低。 ③ 当缺陷长度大于缺陷深度的10倍，且当缺陷深度在管壁厚度40%以上， 允许内压随缺陷深度的变化较大，而且下降相当快。 ④ 当缺陷长度较长时(缺陷长度大于缺陷深度的100倍)，只要存在缺陷， 随着缺陷深度的增加，允许内压变化较大，而且下降相当快。
总使用系数按下式计算
F=F1F2
式中，F1=0.9（标准系数），F2为操作使用系数。
• X60管道壁厚与承压能力关系曲线分析实例
• 仅有内压作用时
测量方法及有关参数
p f 2tUTS 1 d/t D t 1 d/ (tQ )
Q 1 0.31 l Dt
2
不同腐蚀缺陷深度的管道允许内压（l=d）/MPa
3）相互作用缺陷
由于缺陷间的相互作用，其失效压力小于单个缺陷的失效压力。 在一组相互作用的缺陷中，要考虑所有邻近缺陷的组合。
L1
d2
L2
d1
步骤
① 管道腐蚀部分可划分为最小长度为 可能的相互影响。 ② 建立系列轴向投影线，相隔的环向角度：Z 360 图所示：
t/D
5.0 Dt
，最小重叠长度
2.5 Dt
⑦ 所有相互作用缺陷组合的有效深度：
d nm
dl
i n
m
i i
1 γd (d/t)* pnm γm 2tSMTS Dt γ (d/t)* 1 d Q n , m 1 , , N
lmn
3
2014‐04‐08
II 许用应力法
⑨ 投影线上的缺陷的允许内压取为此投影线上所有单个缺陷和所 有单个缺陷组合的最小失效压力。 •
pcorr min( p1 , p2 , , p N , pnm )
•
传统方法（ASD）； 使用拉伸强度极限(UTS)，如果未知，用SMTS替代； 当运行温度较高时，应当考虑材料强度降低；当温度为50~100℃ 时，可按线性规律减小10%计算；
•
⑩ 允许内压定义为在圆周上每条投影线的允许内压的最小值。 ⑾ 对管道腐蚀的下一部分重复到第二步到第十步。 •
(3) 管材强度——使用材料的最小拉伸强度（SMTS），或按下式计算：
SMTS E[ u ] 1.09
尺寸精度±5%，置信度80%（假设正态分布）
2）单一缺陷
• •
（1）仅受内压（轴向缺陷）
允许内压：
孤立缺陷，与邻近缺陷没有相互作用，其失效压力与其他缺陷无关。
符合下列条件： – ① 邻近缺陷间的环向间隔（角度φ)： 360 – ② 邻近缺陷间的轴向距离(s)：
t/Ri
1/5 1/10 1/20
a/t
1/8 1.19 1.20 1.20 1/4 1.38 1.44 1.45 1/2 2.10 2.36 2.51 3/4 3.20 4.23 5.25
式中，a为管壁上轴向裂纹深度；t为管道壁厚；R为管道外半径。
评定点的计算
3）评定点标到失效评定图上，如果该点位于评定曲线以内，则表明管道是 安全的。 安全系数(FS)由从原点出发通过A点与失效评定曲线交于B点的直线确定：

ξ——使用系数； Ar ——环向面积减小系数； c——缺陷宽度。
2
2014‐04‐08
3）相互作用缺陷
• 管段上的缺陷距离较近，发生交互作用，分为： – 环向排列——沿管段的环向分布，中间以全壁厚管段相隔，轴向 投影重叠 – 轴向排列——沿管段轴线方向上，中间被全璧厚管段隔开 – 交叠——指在一较长较浅的缺陷内部有一个或多个较深的蚀坑 • •
(2) SY/T 6151-95《钢制管道管体腐蚀损伤评价方法》
根据腐蚀深度、腐蚀区轴长、腐蚀区环长和强度等评价，评价分为 五级：留用、监控、计划维修、立即更换和更换。
• 穿透裂纹：贯穿整个管壁 • 表面裂纹：与管壁的表面之一相接触 • 埋藏裂纹：处于管壁之内并不与管壁表面相接触
•
穿透缺陷
表面缺陷
埋藏缺陷
待评定点的坐标用(Lr，Kr)表示，其中考虑了材料塑性的影响。
评定点的计算
1）Lr表示裂纹结构接近塑性屈服程度的度量， 定义为荷载条件与塑性屈
服的荷载比：
评定点的计算
2）Kr表示接近断裂失效程度的度量，定义为应力强度因子与材料断裂韧
性的比值：
K r K I K IC
Lr p p0
式中，p为总的外加荷载，对于管道来说，一般为内压；p0为完全塑性状 态下的极限压力，其下限值为：
Pf
Q 1 0.31 l Dt
2
时，Q=1，相当于缺陷对许用盈利力没有影响； 时，腐蚀缺陷的长度对于许用应力产生的影响较小；
l Dt
当 l Dt 时，腐蚀缺陷的长度对于许用应力产生很重要的影响。
I. 分项安全系数法
• 单一安全系数不能对一切偶然事故均提供合理的保护； • 对于不同的设计参数，采用不同的安全系数，称为分项安全系数； • 基于概率的方法； • 考虑缺陷深度尺寸和材料性质的不确定性。
1
2014‐04‐08
(2) 检测精度——根据置信度确定，置信度是指总体参数值落在样本统计
值某一区内的概率，按正态分布，可估计出标准方差（StD）
尺寸相对精度 精确 ±5% ±10% ±20% 置信度 80% StD[d/t]=0.00 StD[d/t]=0.04 StD[d/t]=0.08 StD[d/t]=0.16 90% StD[d/t]=0.00 StD[d/t]=0.03 StD[d/t]=0.06 StD[d/t]=0.12
( d / t ) （d / t ) meas d StD [d / t ]