含裂纹缺陷管道的剩余强度评价

冉龙飞，高文浩，吴 栋

（辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001）

含裂纹缺陷管道的剩余强度评价

冉龙飞，高文浩，吴 栋

（辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001）

由于油气管道输送介质易燃、易爆和有毒性的特点，在输送过程中一旦发生泄漏，就会迅速扩散、燃烧，甚至爆炸，势必造成人员伤亡和经济损失。因此，防止管道破裂成为油气输送管道安全运行的重要任务，一直受到相关部门的高度关注。

油气；泄漏；燃烧；爆炸；破裂

油气管道从制造、安装到服役结束，整个周期会产生各种形式的缺陷，管道裂纹属于平面型缺陷。在油气输送过程中，出于对输送工况的考虑，需要高温、高压输送，这对管道本身的承载能力提出很高的要求，一旦高出管道的承载能力，势必会引发油气管道出现裂纹。存在裂纹的油气管道随着开裂程度的进一步加剧，最终导致工程结构的破坏[1]。可见裂纹缺陷对油气管道，甚至对整个工程结构的破坏力都是极强的，因此对含缺陷裂纹管道剩余强度评价对延长管道服役寿命具有指导意义。

1 管道裂纹缺陷产生的原因

管道裂纹缺陷产生原因种类很多，归结为以下三类[2]：

（1）管道在制造过程中产生的缺陷，如母材中的加渣、分层、未焊头等和焊缝；

（2）在装卸、运输、组装、下沟等过程中管道表面的机械损伤；

（3）在管道服役期间，管内输送介质和外部环境使管道形成腐蚀裂纹。

以上几种原因使管道形成裂纹，在裂纹扩展过程中，经历两个阶段，其一是裂纹产生起始时期管道经历的稳定扩展[3]；其二是达到起裂条件时，稳定扩展转变为失稳扩展，失稳扩展的速度是很快的。

2 失效评定图法

失效评定图技术是缺陷评价技术的代表，并且被行业普遍采用。失效评定图的概念是在 1976 年由英国中央电力局（CEGB）提出来的，而且起初的失效评定曲线是从 D-M模型出发推导出来的[4]。极限状态下，

（1）-（4）式联立得：

式中: KI(a, p )—含裂纹结构的裂纹尖端弹性应力强度因子；

p0(σs)—塑性失稳（极限）载荷；

KIC—材料的断裂韧性；

p (σ)—外加载荷；

以（5）式中 Lr为横坐标， Kr为纵坐标，在坐标区域内绘制所得到的曲线为基于 D-M模型的失效评定图，如图 1 所示[5]。

图 1 基于D-M模型的失效评定图Fig.1 D-M model based on failure assessment diagram

对于一个含裂纹结构，计算出 Lr和 Kr，就能绘制出其对应的失效评定图，若评定点的坐标恰好在评定图上（图中 A点），则结构安全；反之，结构不安全。

3 失效评定曲线

随着失效评定图的进一步发展和应用，由于考虑到材料的应变硬化效应，建立失效评定曲线[5]。失效评定曲线用一条连续的曲线和一条截断线来描绘，定义形式为[6]：

截断点Lr的定义为：

3.1 通用曲线

通用曲线适用于应力-应变曲线上无明显屈服不连续点的所有材料，其方程为：

对于应力-应变曲线上有明显的屈服不连续点的材料，在使用通用曲线时必须保证截断点 Lr＜1。

3.2 材料特定曲线

通过引入参考应力和参考应变的概念，得出与裂纹体结构形状尺寸无关的失效评定曲线。参考应变指单轴拉伸的真应力真应变曲线上真实应力等于Lrσs时的真实应变[7]。曲线方程为：

式中：E—弹性模量，MPa；

材料特定曲线适用于所有金属材料。

4 结 论

（1）含裂纹缺陷管道的剩余强度评价方法中，失效评定曲线是按照弹塑性断裂理论建立的，计算过程采用断裂力学理论，而失效评定图计算评定点的 Kr和 Lr，之后将其标注在失效评定图上，判断工程结构是否安全。

（2）失效评定曲线相较失效评定图法更为精确，尤其对应力-应变曲线上初始硬化速率高的曲线。

［1］帅健，于桂杰.管道及储罐强度设计[M].北京：石油工业出版社，2006.

［2］帅健.油气管道可靠性的极限状态设计方法[J].石油规范设计，13(1)，2002.

［3］范天佑.断裂力学基础[M].南京：江苏科学技术出版社，1978.

［4］刘学杰.地下管道穿越地面断层的应变设计方法[J].特种结构，2005, 22（2）.

［5］ 箎陈 ，蔡其巩，王仁志.工程断裂力学[M].北京：国防工业出版社，2007.

［6］马斌，帅健，李小魁，王俊强，冯庆东.新版 ASME B31G-2009 管道剩余强度评价标准先进性分析[J].天然气工业，2011,31（8）：112-115.

［7］赵新伟，白真权，路民旭，等.在役输气管道腐蚀特点及典型腐蚀类型探索[J].石油专用管，1998,6(2)：47-51;62.

中国大陆6月多晶硅进口量逼近万吨

中国大陆 6 月份以加工贸易方式进口的多晶硅依然是绝对主导，占比仍高达 80.1%，比 5 月进口总量高 10.3%。除去不在“双反”范围内的 150 吨半导体用多晶硅通过一般贸易方式进口外，其他全部通过加工贸易方式规避“双反”征税，最终致使 6 月份单月总进口量骤增至 9566 吨，环比大幅增加 37.7%，创多年来单月进口历史新高。

据最新海关统计资料显示：通过加工贸易方式进口的多晶硅量为 7662 吨，其中从美国进口多晶硅 1936 吨，环比增长64.8%。而美韩欧多晶硅通过台湾以加工贸易方式转口进入国内的多晶硅量为 736 吨，占总进口量的 7.7%。加工贸易和转口台湾已然成为规避“双反”征税的两大主要途径，此消彼长，轮番拉高大陆的多晶硅进口量。

大陆 1-6 月份累计进口多晶硅 45932 吨，同比增加 17.4%。其中通过加工贸易进口量达 34068 吨，占累计进口总量的74.2%。通过台湾转口贸易进口量达 4765 吨，占累计进口量的 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文献标识码：1671-0460（2014）07-1340-02

2013-02-13

冉龙飞（1989-），男，陕西宝鸡人，在读硕士研究生，研究方向：油气储运系统安全。E-mail：sxbjrlf@163.com。