SY/T 6477-2014含缺陷油气输送管道剩余强度评价方法先进性分析及软件开发

赵 乐,段庆全,唐国平

(中国石油大学(北京)机械与储运工程学院，昌平 102249)

SY/T 6477-2014含缺陷油气输送管道剩余强度评价方法先进性分析及软件开发

赵 乐,段庆全,唐国平

(中国石油大学(北京)机械与储运工程学院，昌平 102249)

介绍了SY/T 6477-2014标准与之前版本的差异和完善之处，同时介绍了如何运用该标准进行剩余强度评价来确定已知缺陷所允许服役载荷、剩余寿命、检验周期等。为便于工程实际应用，基于此标准开发了剩余强度评价软件，包含数据管理与系统管理功能模块。以油气输送管道均匀腐蚀缺陷为例，介绍了所开发软件的评价过程，验证了软件的适用性。

SY/T 6477-2014标准；剩余强度评价；体积型缺陷；弥散型缺陷;裂纹型缺陷

大口径、高钢级管道高压输送是油气管道工程的发展趋势，越来越多的石油天然气管道使用X80甚至X100等更高级别管线钢[1]。2014年10月,国家能源局发布了SY/T 6477-2014《含缺陷油气输送管道剩余强度评价方法标准》，以评价高级管道的剩余强度。本工作深入研究了SY/T 6477-2014标准，介绍了该标准与之前版本的差异及其先进性。

此外,为便于SY/T 6477-2014标准的工程应用，在相关文献的基础上以Visual Studio 2010作为开发工具[2-6]、用C#编程语言，采用Browser/Server结构开发了剩余强度评价软件，以期在保证计算结果准确性的基础上，减少评价人员的工作量，节省评价时间，便于工程实用。

1 SY/T 6477-2014标准

SY/T 6477-2014标准代替并整合了SY/T 6477-2000和SY/T 6477-2012评价方法，增加了关于弥散型缺陷的评价内容[7]。针对管道工程中常见的体积型缺陷、含裂纹型缺陷、弥散型缺陷，SY/T 6477-2014标准以对管道缺陷的定量检测为基础，通过理论分析、试验测试和力学计算等方法，确定管道的最大许用工作压力(pMAW)和当前工作条件下的最大允许缺陷尺寸，为管道的维修、更换以及变压操作等提供参考，根据缺陷的动力学发展规律和材料性能退化规律，计算出缺陷管道的剩余安全服役时间，为管道检测周期的确定提供科学依据[8]。对于管体腐蚀、表面金属损失等缺陷选用含体积型缺陷管道剩余强度评价方法；对于管体上存在的裂纹缺陷、焊缝上的裂纹、咬边等缺陷选择裂纹型缺陷评价方法；对管体上存在的氢鼓泡、点腐蚀等缺陷选用弥散型损伤缺陷评价方法。

1.1 体积型缺陷评价方法和判据

SY/T 6477-2014中对体积型缺陷的评价方法有较大的完善和改进，降低了评价结果的保守性，评价方法依然分为点测厚法和危险厚度截面法。通过测量腐蚀区域的管道剩余壁厚，即对腐蚀缺陷量化选择合适的评价方法，若剩余壁厚与最小要求壁厚之比大于0.7，宜采用点测厚法进行评价；其余情况宜采用厚度截面法进行评价。

1.1.1 点测厚法

采用点测厚法对腐蚀缺陷进行量化时，依据腐蚀区域面积确定测厚点的数量，推荐在腐蚀区域内至少选择15个厚度测试点。首先确定最小测量壁厚，若变异系数(ζ)大于10%，则应按照危险厚度截面法进行评价。SY/T 6477-2014修正了最小要求壁厚的计算和评价判据，引入参量tlim，使得评价判据更为宽松，修正了二级评价最大允许工作压力(pMAW)的计算，降低了评价结果的保守性，减短了管道的检测、维修和更换周期。对比了新旧标准关于修正的最大允许工作压力pMAW,r的算法,见表1。表中:lFCA为未来腐蚀裕量，mm;tam为平均厚壁厚，mm;tloss为平均减薄壁厚,mm;pMAW,L为轴向最大许用应力，MPa;pMAW,C为环向最大许用应力，MPa;D0为外径，mm;FRS为剩余强度因子；FRS，a为许用剩余强度因子；E为弹性模量，MPa;p为许用压力，MPa;σy为屈服强度,MPa;R为半径，mm;tsl为附加壁厚，mm;F为管道设计系数。

1.1.2 危险厚度截面法

表1 点测厚法PTR差异性对比

采用危险厚度截面法，应首先确定每个检测截面的方向和长度，沿每个检测截面间隔测量剩余壁厚，并确定每个测量截面的最小值，在所有平行检测截面上，每个测量位置的最小厚度向进行同一平面投影得到危险厚度截面(CTP)，通过轴向CTP和环向CTP确定轴向腐蚀缺陷尺寸和环向腐蚀缺陷尺寸。SY/T 6477-2014修正了剩余厚度比Rt，均厚长度L、Q因子的算法，引入参量tlim，修正了二级评价最大允许工作压力pMAW,r的计算，新旧标准评价算法改进对比如表2所示。

1.2 局部腐蚀评价方法和判据

SY/T 6477-2014标准中对局部腐蚀缺陷的评价仅考虑内压作用，没有考虑环向缺陷长度的影响，去掉了沟槽状缺陷和附加复杂载荷作用下的缺陷评价方法，修正了剩余厚度比Rt、壳体参数λ和轴向尺寸曲线方程，引入参量tlim。较之前的版本，在求解剩余强度系数时，修正了Mt因子，提高剩余强度系数的精确度，减少了评价结果的保守性。局部腐蚀缺陷评价最大允许工作压力pMAW,r的计算较之前版本的差异性对比如表3所示。

1.3 裂纹型缺陷评价方法

含裂纹型缺陷评价针对管体裂纹、焊缝裂纹(未融合、未焊透)以及服役过程中产生的应力腐蚀裂纹、氢致裂纹，通过失效评估图确定裂纹缺陷是否可以接受，在评价过程中使裂纹型缺陷尺寸微小增量，直至计算的评价点落在失效评定曲线(FAD)上，进而得出极限缺陷尺寸。

SY/T 6477-2014标准删除了轴向穿透型裂纹、环向穿透型裂纹、埋藏型裂纹的评价方法，并针对X80管道在管道工程中的实际应用，增加了X80管线钢的评估方法，所用到的评估曲线方程如表4所示。

表2 危险厚度截面法(CTP)差异性对比

表3 局部腐蚀缺陷评价差异性对比

表4 X80管线钢评估曲线方程

标准还提供了材料屈服强度和抗拉强度的确定方法，基于夏比冲击功，给出了估算断裂韧性的计算公式，考虑了残余应力和焊缝焊后热处理的影响，通过Paris公式确定裂纹的扩展规律，进行疲劳剩余寿命预测。

1.4 含弥散损伤型管道剩余强度评价

管道弥散损伤型缺陷主要是指点腐蚀和氢鼓泡缺陷，目前对该类缺陷的评价方法，一般是借用体积型缺陷的评价方法，评价结果偏于保守，SY/T 6477-2014将管道弥散损伤型缺陷视作孔洞型均匀损伤材料，基于损伤力学，通过研究缺陷损伤随时间演化规律、损伤沿壁厚方向分布规律和损伤材料宏观力学性能退化规律，建立含弥散损伤型缺陷管道的极限承压能力工程评价方法，相比于API RP579:2007，评价方法简单，便于工程实际应用。

评价方法和判据：

① 测量管道有效弹性模量，计算孔隙率E=Eo(1-2.01φ)；

④ 输入管道工作压力p，判断管道在当前孔隙率情况下能否安全运行，若p≤po，则管道可以在当前工作压力下运行，否则若p>po，管道不能安全运行，管道最大允许工作压力为po。

2 软件评价

由于SY/T 6477-2014标准评价流程步骤繁多，又涉及许多参数和图表查阅，使得安全评价工作过于复杂，且人工计算容易带来误差，这对工程中的实际应用造成诸多不便。目前对该标准的研究多为保守性分析以及针对某工程构件特定缺陷的具体评价应用，并没有基于此标准可以广泛应用的评价软件。为便于SY/T 6477-2014评价标准的工程应用，开发了剩余强度评价软件，该软件具有以下优点：① 软件界面简单；② 软件使用方便，适用性强；③ 计算结果准确可靠，人员工作量少，评价时间短；④ 软件安装和维护方便，可远程对缺陷构件进行诊断。

采用以SY/T 6477-2014标准为基础所开发的软件来评价某含有均匀腐蚀缺陷的管道，管道直径D为1 219 mm，管道公称壁厚t为18.4 mm，管道设计运行压力pMAW为12 MPa，泊松比v为0.3，设计系数为0.72，焊缝系数Ek取0.9，许用剩余强度系数FRS,a为0.9，未来腐蚀裕量lFCA为1.9 mm,材料最低屈服强度σys为555 MPa，按照标准规定和金属损失特点应属于均匀腐蚀缺陷，壁厚变异系数小于10%，所以使用点测厚法进行剩余强度评价。将相关参数输入到所开发软件界面，评价结果见图1。

图1 均匀腐蚀缺陷软件评价界面Fig. 1 Evaluation interface of software for uniform corrosion defects

3 结论

(1) SY/T 6477-2014标准修正了体积型缺陷Rt、L、FRS,a等参数的计算和评价判据，改进了最大许用工作压力的计算方法，评价结果保守性降低。

(2) 标准增加针对X80管道的评估方法和剩余寿命预测，扩展了标准的适用范围。

(3) 基于极限承压能力工程评价方法，增加了对含弥散型缺陷古管道的剩余强度评，评价方法简单，便于工程实际应用。

(4) 基于SY/T 6477-2014标准开发出评价软件，经过多次软件测试和比对，计算结果准确度较高，软件应用效果良好。

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Analysis and Software Development of SY/T 6477-2014 Evaluation methods of Remaining Strength for Oil & Gas Transmission Pipeline with Flaws

ZHAO Le, DUAN Qingquan, TANG Guoping

(College of Mechanical and Transportation Engineering, China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China)

The differences between standard SY/T 6477-2014 and previous versions are inclroduced, and how to use these methods to perform residual strength assessment and evaluation are also introduced, so as to determine whether the facility with known defects is able to provide continuous service under the condition of existing load, then to calculate residual life and inspection cycle. For convenience of practical engineering, the assessment system of remaining strength for long-distance pipelines is developed, with function modules of data management and system management included. Taking uniform corrosion defect of oil pipe as an example, this paper introduces the assessment process of the software to verify the applicability of it.

SY/T 6477-2014 standard； residual strength assessment； volume-scale defect； dispersive defect； crack-like flaw

10.11973/fsyfh-201705006

2015-07-14

中国石油大学(北京)青年教师专项培养基金(KYJJ2012-04-26)

赵 乐(1989-)，博士研究生，主要从事油气装备失效分析与完整性管理等研究，15210870501，youxiazhao@126.com

TG172

B

1005-748X(2017)05-0349-04