美国输气管道完整性管理标准ASME B31.8S-2016技术性变更解析

2020-03-04马伟平刘海鹏赵炜蔡亮祁庆芳

油气与新能源 2020年6期

马伟平刘海鹏赵炜蔡亮祁庆芳

（1.中国石油管道科技研究中心；2.中油国际管道有限公司；3.中油国际管道公司中乌天然气管道项目；4.中航油京津冀物流有限公司；5.中国石油青海油田分公司管道处）

0 引言

1 ASME B31.8S—2016重要技术性变更

ASME B31.8S《输气管道系统完整性管理》先后于 2001、2004、2010、2012、2014和 2016年进行了修订，目前最新版本是ASME B31.8S—2016。2016版集中反映了近二十年美国输气管道完整性管理的技术进展，在管道完整性管理程序和流程、事故影响区域、风险评价方法、完整性评价方法、完整性评价的响应、效能测试方案以及变更管理方案等方面进行了修订。

1.1 完整性管理程序和流程

自2001版至2016版，管道完整性管理的程序和流程不断进行修改和完善。2016版规定的管道完整性管理程序要素见图1，管道完整性管理流程见图2。

图1 管道完整性管理程序要素

图2 管道完整性管理流程

基于风险的完整性管理方案应包含：（1）对所用风险分析方法的描述；（2）各管段所有相关数据的记录及获取来源；（3）确定完整性评价时间间隔和减缓（维修和预防）方法的分析记录；（4）编制效果分析表，及时测试管道企业选用的基于风险的完整性管理方案的有效性。

1.2 管道事故影响半径

2016版指出天然气管道火灾爆炸影响半径计算公式的适用范围是甲烷和惰性气体组分含量不低于93%、操作压力不大于10 MPa、温度不小于0 ℃。该公式可用于其他比空气轻的易燃气体，但对实际气体组分或其他输送气体组分，应推导天然气系数；该公式不适用于非易燃气体、有毒气体、比空气重的易燃气体、比空气轻且操作压力大于10 MPa的易燃气体。为提高天然气管道火灾爆炸影响半径计算公式的实用性，2016版除美制单位形式外，增加了国际制单位形式，即列出两种形式，分别是in、psig和mm、MPa。

1.3 完整性数据有效性

2016版提出了以往的完整性数据对所要分析的危害是否适用的原则，即与时间有关的危害相关数据，是在完整性管理程序制定前数年收集的，则可能不适用。固有的、与时间无关的危害相关数据，由于不存在时间上的相关性，较早的数据仍然适用。

1.4 风险评价

识别影响管道完整性的潜在危害因素分为与时间有关的、固有的和与时间无关的三种类型，2016版中：与时间有关的因素——除“外腐蚀”“内腐蚀”外，新增了“应力腐蚀开裂、氢致损伤”；固有的因素——“与制管有关的缺陷”和“设备因素”无变化，“与焊接或制造有关的缺陷”变更为“与焊接或施工有关的因素”，其中“管道环焊缝缺陷”变更为“管道环焊缝缺陷，包括支管和 T型接头焊缝”、“折皱弯头或壳曲”变更为“褶皱弯管或屈曲”；与时间无关的因素——指出可能造成滞后性失效的管材缺陷是凹痕和划痕等。

2016版新增“金属疲劳失效机理”，即管道操作模式改变，同时管道受到明显的交变压力、压差和压力波动速率变化，并考虑与腐蚀失效机理的共同作用。

2016版规定管道企业应采用一种或几种风险评价方法，分别是专家评价法、指标体系法、场景模型评价法和概率评价法。其中，指标体系法是基于2014版及以前版本中的“相对评估法”的理念做法发展而来；场景模型评价法即2014版及以前版本中的“方案评估法”。

1965年，普林斯（E.F.Prince）等人根据模糊限制语的语用功能将其分为变动型模糊限制语（approximators）和缓和型模糊限制语（shields）。变动型模糊限制语（approximators），意思是可以改变话语结构的本来意义，并可以对所表达的话语做出一定程度的修正，又可分为变动型模糊限制语（adaptor）和范围变动语(rounder)。缓和型模糊限制语（shields），意为不改变话语结构的原意，只是表达了说话人的猜疑或有保留态度，或是应用的第三方的看法，它包括直接缓和语和间接缓和语。

1.5 完整性评价

2016版规定了管道完整性评价方法的再检测时间间隔和周期，主要是与时间有关的危害的完整性评价方法，即水压试验、内检测和直接评价法。考虑管材缺陷、运行时间较长、腐蚀和第三方破坏等因素，针对再检测周期为5年、10年和15年的管道运行压力最大值分别由1.4倍、1.7倍和2.8倍最大允许操作压力降低为 1.39倍、1.65倍和 2.75倍最大允许操作压力（MAOP），针对管道允许运行压力的限制条件更为苛刻。

2016版推荐的完整性评价方法包括管道内检测、试压和直接评价法三种类型。

美国石油协会已制定API Std 1163—2013《内检测系统认证标准》，近年来管道内检测技术发展很快，包括变形内检测、漏磁内检测、超声波检测和电磁超声检测等，ASME B31.8S—2016《输气管道系统完整性管理》中内检测器性能指标等内容，执行 API Std 1163—2013。

试压是行业认可的管道完整性评价方法，API RP 1110—2013《输送天然气、石油气体、有害液体、高挥发性液体或二氧化碳的钢制管道的压力试验》规定了新建管道和在役管道的试验压力、持续时间和介质适用条件。

在外腐蚀直接评价法（ECDA）和内腐蚀直接评价法（ICDA）基础上，2016版新增了应力腐蚀开裂直接评价法（SCCDA）。确定或排除管段存在应力腐蚀开裂的可能性，可参照NACE SP 0204—2015《应力腐蚀开裂（SCC）直接评价法》，该标准规定了进行应力腐蚀开裂直接评价的指南和工作程序。

1.6 对完整性评价的响应和维修、预防措施

2016版新增根据检测到影响管道强度、可能导致管道泄漏或破裂的信号特征，管道企业的响应要求。这类信号特征包括根据ASME B31G—2012《确定已腐蚀管道剩余强度的手册》或相应标准所确定的，预测失效压力小于 1.1倍最大允许操作压力的腐蚀区，以及对带缺陷的直流低频电阻焊的轴向焊缝有影响的所有金属损失。管道企业应在5 d内对这些信号特征采取相应措施，立即进行检查或降低运行压力，以增加安全裕度。

针对管道内检测结果的响应，2014版及以前版本规定了对内外腐蚀金属损失的响应，以及对第三方损坏和机械损伤引起的金属损失和变形的响应。2016版新增对应力腐蚀开裂的响应。管道企业在采用内检测对应力腐蚀开裂的信号特征进行检测和量化时，应指定合适的评价、响应和维修计划，并书面记录。如未指定评价、响应和维修方案，管道企业可选择将所有应力腐蚀开裂的信号特征作为须立即响应来处理，包括在确定这种情况后5 d内检查或降低压力。检查和评价后，对发现需维修或消除的任何缺陷都应通过维修、消除或降低运行压力，直至完成消除和维修活动。

2016版给出了基于管道预计事故压力与管道的最大允许操作压力之比确定的对迹象的允许响应时间，具体见图3。其中，预计事故压力是指采用行业经过验证的工程方法来评价腐蚀管道的剩余强度，根据预计事故压力与最大允许操作压力的比值，可将缺陷分为立即响应、计划响应和进行监测三种类型。

图3 与时间有关危害的响应时间

图3中3条曲线分别对应在大于50%SMYS（管材最小屈服强度）条件下运行的管道，在大于30%SMYS、小于等于50%SMYS条件下运行的管道，以及在小于等于30%SMYS条件下运行的管道。

1.7 效能测试方案

2016版针对全面效能测试项目进行了删减，删除了“管理部门要求变更完整性管理程序的次数”“完整性管理程序所要求完成的工作量”“已完成的、影响安全的活动次数”“检测出的事故前兆数量”“联络的有效性”“公众对完整性管理程序的信心”“反馈过程的有效性”和“新技术的使用对管道系统完整性的改进”等非技术性项目。

1.8 变更管理方案

2016版针对变更管理方案进行了修订，针对工艺调整及改线修复的变更，应变更完整性管理方案。变更管理方案应包含下列内容：变更原因、变更许可、变更影响分析、所需获得的工作许可、变更记录、与相关方的变更沟通、变更生效日期，以及人员资质。

1.9 术语和定义

2016版第13章“术语和定义”中新增43项，其中较为重要的是：应采取措施的异常（Actionable anomaly）、异常和管道数据分析（Anomaly and pipeline data analysis）、屈曲（Buckle）、对焊（Butt weld）、校正性开挖（Calibration dig）、非连续性（Discontinuity）、工程临界评价（Engineering critical assessment）、划痕（Gouge）、夹杂（Inclusion）、管道内检测工具（In-line Inspection tools）、低应力管道（Low stress pipeline）、固有危害（Resident threat）。

1.10 附录

2016版附录A-3新增了应力腐蚀开裂开挖检查和评价方法。易受应力腐蚀开裂影响的管段，在进行与完整性评价相关的开挖后，对于涂层剥离或裸露的管道，应采用磁粉检测（MPI）或其他等效的无损评价方法进行评价；对于管子不完全外露的管道，若该管段出现应力腐蚀开裂的迹象，应进行MPI或其他等效无损评价方法进行评价，若无应力腐蚀开裂迹象，则不用进行评价。

应对涂层状况进行评价并书面记录。所有应力腐蚀开裂检查活动应按照文件要求的程序进行。任何应力腐蚀开裂的迹象应按照表1和表2提供的指南进行处理。