王增国 刚 蓓 郑 莉 刘思娇

（1、中海石油（中国）有限公司，天津300000 2、北京华航无线电测量研究所，北京100010）

长输管道在石油与天然气等介质长时间的运行当中，会产生腐蚀、凹槽、裂纹、点蚀等多种缺陷，由此也引发各种管道泄漏等安全性问题，在管道多种缺陷中，体积型缺陷在大面积上减薄了管道的壁厚，降低了管道的承压能力，是导致管道漏油、漏气、穿孔、爆破等严重事故的主要原因之一。

为避免此种问题产生，目前现行的多种标准均针对体积型缺陷推出了相应的评价方法，主要包括：（1）由美国机械工程师协会颁布的ASME B31G 方法、RSTRENG 评价方法；（2）由英国燃气公司（BG）和挪威船级社（DNV）合作开发的DNV 标准；（3）美国石油协会提出的API RP 579-2000 标准。以上多种评价方法均被广泛应用，本文针对以上方法的评价原则、适应性、评价参数选择进行对比性分析研究，判断不同工况下的适应性标准。

1 ASME B31G 评价方法研究

ASME B31G 评估方法最初用于预测受腐蚀管道的爆裂压力，通过较旧的管线钢的全尺寸试验进行发展和验证。主要应用两个缺陷参数（缺陷的长度和深度）、针对孤立缺陷进行，适用于评估管材等级较低、管道服役年限长的老管道，评估结果偏保守。

1.1 Oringinal B31G 评价方法

含腐蚀型缺陷管道的失效压力计算公式如下：

预测失效应力：

式中，Sflow：材料流变应力；A：缺陷剖面投影面积（针对较短缺陷将缺陷投影面积近似为抛物线形进行计算；针对较长缺陷将缺陷投影面积近似为矩形进行计算）；A0=L·t：缺陷处管道壁面积；臌胀系数M=（1+0.8z）1/2；等效长度z=L2/Dt；D：管道外径；t：管道壁厚；L：缺陷轴向长度。

1.2 Modified B31G 评价方法

基于Oringinal 评价方法，Modified B31G 方法有以下更改：将缺陷剖面投影面积设定为抛物线面积和矩形面积平均值A=0.85L·d；根据等效长度大小更改臌胀系数值。

1.3 RSTRENG 评价方法

RSTRENG 评价方法在B31G 方法基础上，采用了修正流动应力值，即SfLow=SMYS+68.95，膨胀系数M值同Modified B31G方法。

1.4 评价方法对比

图1 所示不同评价方式下失效压力受等效长度、深度百分比变化影响图，可以看出：

（1）失效压力随等效长度增长而减小，随着深度百分比增加而减小；（2）Oringinal B31G 评价方法存在跳点，后两种方式通过优化分段函数避免了此问题；（3）在z＜20 条件下，保守性由高 到 低 为：Modified B31G＞Oringinal B31G＞RSTRENG；针 对z＞=20 条件下，保守性由高到低为：Oringinal B31G＞Modified B31G＞RSTRENG。

图1 不同评价方式下失效压力受等效长度、深度百分比变化影响图

2 DNV RP F101 评价方法研究

DNV RP F101 通过现代高韧性管线钢试验进行发展和验证，主要用于评估高韧性管线钢，它提供了两种评价方法：分项安全系数法和许用应力法。

2.1 分项安全系数法

该方法基于有限元结果、材料特性统计结果等信息的不确定性等级联合考虑、使用了概率修正方程分项安全系数来确定腐蚀管道的许用操作压力，主要适用于海底管道评估，分析流程如下：

中：αU为材料强度系数；fu为管线拉伸强度；SMTS 为最小拉伸强度；Q 为臌胀系数；（d/t）meas为深度百分比；fu，temp为由温度导致的拉伸强度折减。

2.2 许用应力法

该方法依据许用应力设计标准计算腐蚀缺陷的失效压力，同分项安全系数法相比，该方法更适用于陆地管道评估，其失效压力：

式中：臌胀系数Q 和管线拉伸强度fu的计算公式同分项安全系数法相同。

2.3 评价方法对比

分项安全系数法应用了概率论评价思路，同时考虑了检测的不确定性以及管材的不确定性，在评估结果上更为可靠；许用应力法计算方面更为简便，在评估参数较少的情况下更适宜采用。同传统的ASME 采用屈服强度作为评估参数相比，DNV评价方法采用了拉伸强度作为评价的参数之一，由于其数据库新，更适合于高强度管道评价。

3 API579 评价方法研究

本方法由美国石油协会发布，本文将重点描述局部金属损失的一级评估方法。其主要流程如下：

4 含体积型缺陷管道评价方法对比

针对某次在陆地管道上的实际内检测数据，分别采用本文涉及的6 种评价方法进行失效压力计算，结果参见图2 所示。从图中可看出：

（1）ASME B31G 评价中Original B31G、Modified B31G 以及RSTRENG 评价结果在所有的评价方法中，总体评估结果偏保守；（2）DNV 分项安全系数法、许用应力法以及API579 方法避免以上方法的保守性，总体评估结果相对更符合实际情况；（3）API579 方法失效压力计算结果在4# 以及10# 样例中发生突变，是由于这两个信号的深度值较大，API579 方法对于缺陷深度的敏感度高于其它评价方法，其中10#缺陷从位于套筒下，已经在本次检测前完成了维修，而10#缺陷经现场开挖验证为一处高风险点，业主也根据建议完成了维修实施，从而验证了API579 评价方法更适用于本次的工况特征。

图2 实际缺陷管道六种评价方法失效压力对比

5 结论

本文分别针对Original B31G、Modified B31G、RSTRENG、DNV 分项安全系数法、DNV 许用应力法、API579 等评价方法的具体内容进行了阐述和对比分析，采用一组在管道检测的实例数据进行了6 种方法的评价及结果对比。

结果表明Original B31G、Modified B31G、RSTRENG 方法具备一定的保守性；DNV 分项安全系数法、DNV 许用应力法以及API579 评价方法避免了B31G 的保守性，在评估结果上也更为接近实际结果；API579 方法对缺陷深度的敏感度方面高于其它方法，在实际的评估中具有重要的意义，故针对本次实际管道也基于API579 评价结果向客户提出了相应的维修建议并通过开挖验证确认了其评估的准确性。

在实际的应用中还需要针对实际的工况进行参数的选取和确定方可最有效评估各个缺陷的剩余强度，为管道的整体性评价提供良好的数据支撑。