含腐蚀缺陷管道的安全评价

　　摘要:分别用有限元法和标准SY/T16151-1995的方法分析计算了含腐饮性体积缺陷宵管的极限载荷和安全服役状况，结果表明:两种方法的计葬结果接近;标准SY/T16151-1995所编制的分析评定软件，可简便而有效地评价管道腐蚀损仿。

　　关键词:管道;腐蚀性缺陷;安全评价

　　石油天然气管道服役时间比较长，普遍存在腐蚀性体积缺陷，以及第三方破坏、地质灾害和误操作等因素造成的损伤[1]。为保障管道的安全运行，避免管体腐蚀所导致的爆裂、泄漏事故，确定是否需要立即停产检修更换管段，或因生产繁忙暂时不能停产而采取降压运行，需要及时发现缺陷并评估其安全可靠性。鉴于含缺陷管道的极限应力分析比较复杂，本文试用有限元法分析某一天然气管道的极限强度及安全状况，并与有关评价标准进行了对比。

　　1 管道极限载荷的有限元分析

　　本文研究对象为一含硫天然气输送管道的弯管段，管道材质为20＃钢，工作温度为常温，工作压力0.05MPa，最小屈服强度3 13.95MP，管材的裂纹尖端张开位移(CTOD)值&=0.068mm，焊缝系数为0.8 。该管段在内部介质作用下，出现比较严重的腐蚀和减薄现象，最大蚀坑深度为3.8mm，最大纵向投影长度6mm，环向腐蚀长度120mm，利用有限元法分析其极限承载情况如下:

　　( 1 )有限元模型。管段的有限元单元模型如图1 所示，共划分1969个单元，4450个节点。

 

　　( 2 )材料的本构模型。材料的本构模型 (应力应变关系)用双线性表示。经计算分析。材料的塑性极限许用应力值为294MPa。

　　( 3) 弯管的弹塑性分析。当内压增大到6MPa时， 管道内弯处局部材料开始进人屈服状态， 但其屈服区域较小。此时屈服区域外围未屈服的材料可限制屈服区域材料的变形， 随载荷的增加， 管道不会无限制地变形， 因此管段还有进一步承载的能力。

　　当内压达到9.7MPa时，最大应力处沿厚度方向整体屈服。由于屈服区域较大，此时随载荷的增加，屈服区域外围未屈服的材料已无法限制屈服区域中心部位的变形。因此管道此时已完全达到其塑性极限状态，塑性极限内压为9.7MPa。

　　2 标准对管道腐蚀缺陷的评价

　　SY/T6151-1995《 钢质管道管体腐蚀损伤评价方法》标准是在消化吸收ASME B3lG基础上制订的，考虑了环向腐蚀的影响，并将腐蚀区面积折算成当量半裂纹长，采用断裂力学分别计算环向和轴向所能承受的 最大压力值[2]。为便于对该标准的使用，本文作者用 matlab软件编制了与标准相配套的分析计算程序。将上述有关原始数据输人程序，可直接求得该含缺陷管道的极限压力为9.5MP，评定腐蚀类型为第2类，属“ 管体腐蚀尚不很严重，能够维持正常运行”的情况。由此可知，标准SY/T6151-1995求得的极限压力与有限元法求得的结果接近。

　　3 结语

　　有限元法是含缺陷管道极限应力分析的有效手段，而SY/T6151-1995是一个比较实用的管道腐蚀损伤评价标准，利用本文编制的matlab软件将有限元分析方法与该标准有机结合起来，可有效地评价含缺陷管道的极限承载能力和安全运行状况。

　　参考文献:

　　[1]落绍华，管道完整性技术与管理 北京:中国石化出版社.2007.

　　[2]中国石油天然气总公司.SY/T6151-1995《 钢质管道管体腐蚀损伤评价方法》[M]. 北京: 石油工业出版社，1995.