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含埋藏裂纹缺陷长输管线的安全评定及剩余寿命计算

文档作者：王艳华王祺王泽恒文档来源： 1．中交第一公路勘察设计研究院有限公司 2．宝鸡石油钢管有限责任公司		点击数：	更新时间： 2021年12月03日
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第42卷第7期
2013年7月
当 代 化 工
Contemporary Chemical Industry
Vo1．42．NO．7
July，2013
含埋藏裂纹缺陷长输管线的
安全评定及剩余寿命计算
王艳华 ，王 祺 ，王泽恒
(1．中交第一公路勘察设计研究院有限公司， 陕西西安710075； 2．宝鸡石油钢管有限责任公司，陕西宝鸡721008)
摘 要：采用GB／T19624—2004标准，对长输管线中的埋藏裂纹缺陷进行安全评定，在评定的过程中选取
了4种壁厚不同的X80管线进行常规评定，计算出了断裂比、载荷比并绘制出了失效评定图。采用Pairs公式
对一段含缺陷在役管线进行剩余寿命计算，为管线的维修、检测提供了一定的理论依据。
关键词：埋藏裂纹；X80；安全评定；剩余寿命；Pairs
中图分类号：TE 973 文献标识码： A 文章编号： 1671—0460(2013)07—1029—04
Safety Assessment and Calculation of Remaining Life for
Long·distance Pipeline、 th Hidden Cracks
WANG Yan—hua ，WANG Oi ，WANG Ze—he
(1．CCCC First Highway Survey and Design Institute Co．，Ltd．，Shaanxi Xi’an 710075，China；
2．Baoji Petroleum Steel Pipe Co．，Ltd．，Shaanxi Baoji 721008，China)
Abstract：Based on GB ／T19624．2004．safety assessment for hidden crack defects oflong．distance pipeline lack was
carried out，four kinds ofX80 pipelines witll diferent thickness were selected for general assessment．the fracture ratio
and load ratio were calculated．and the failure assessment diagram was drawn out．The remaining life of a pipeline in
service with defects was calculated by using Pairs formula，which call provide a theoretical basis for repair and testing
ofthe pipeline．
Key words：Hidden cracks；X80；Safety assessment；Remaining lire；Pairs
石油天然气管线是实现石油和天然气运输的一
种经济、快捷的运输手段 ]。管线输送具有运行成
本低、运输量大、所占空间小、可靠稳定、自动化
程度较高、连续输送等优点，与铁路运输、公路运
输、航空运输、水上运输并称为五大运输方式 。
油气长输管线长年埋置地下，受环境、力学和材质
等因素的影响，管线难免出现各种缺陷问题，一旦
发生事故，不仅会造成重大环境污染，还严重威胁
着人民群众的生命财产安全网。因此，管道运行的
安全性与可靠性显得越来越为重要。开展对石油天
然气管线的安全评定以及剩余寿命预测工作具有深
远的意义，经济和社会效益巨大 。
1 安全评定
1．1 安全评定方法以及评定程序介绍
目前，国际上对压力管道、压力容器的安全评
价方法诸多，国际上比较著名的方法有：近年来，
最具有代表意义的是SINTAP评定方法，BS7910评
定方法，R6评价方法和API579评定方法等 。2004
年，我国颁布了一部压力容器安全评定标准，即：
《在用含缺陷压力容器安全评定》，标准国标号为
GB／T19624—2004嗍。本文将采用GB／T19624—2004标
准，对长输管线中的埋藏裂纹缺陷进行常规安全评定。
安全评定程序，如图1所示。
图1 评定流程图
Fig．1 The assessment flow diagram
1．2 评定参数确定
1．2．1 缺陷表征
收稿日期：2013-01—23
作者简介：王艳华(1982-)，女，工程师，在读博士，主要研究方向：水资源与水环境保护。E-mail：yhwang930@f0xmai]．com。
通讯作者：王泽恒(1984-)，男，工程师，硕士，国家注册安全工程师，研究方向：长输管线的安全评定及安全管理工作。
E-mail：wangzeheng3OO8@sina．com。
l030 当 代 化 工 2013年7月
对于管线埋藏裂纹，缺陷表征为长为2c，高为
2口的椭圆形裂纹。
1．2．2 确定应力
长输管线属于薄壁管，因此在安全评定的过程
中可以忽略弯曲应力；长输管线的工作温度与现场
安装温度相差较小，因此在安全评定的过程中可以
忽略热应力 。因此，该管道只需考虑一次薄膜应
力，即：
= 尸ID／(2 (1)
1．2．3 长输管线材料基本性能参数的确定
确定材料的抗拉强度 ，屈服强度 以及材料
断裂韧度 。
1．2．4 断裂比
= G( +／6 )／ +P (2)
式中： 一断裂比；
一断裂韧度；
一评定用断裂韧度；
G一相邻两裂纹间弹塑性干涉效应系数；
p一塑性修正因子；
妁L 应力强度因子(由一次应力引起的)，N，mm ；
L 应力强度因子(由二次应力引起的)，N／ram3 。
= √1．5 E／(1一 )
Kp=Kc／1．2
f 1 厶<0．8
卜
fM 0 L， Ll
(0_o76 _l9)
L1=0．24+0．04(n一5、
l=0．016n一0．056+1．024(s~)一0
．
048(s~) (8)
其中，iv／为材料硬化指数，当n<5，可保守地取n=5
进行计算。 可由标准附录A中表查得。
K，=√ (仃 + ) (9)
式中： 一由应力分布线性化规则得到的弯曲应力；
一薄膜应力；
厶 一计算由薄膜应力am引起裂纹尺寸c方向裂纹尖端处应力强
度因子时所用的裂纹构型因子，无量纲；
一计算由弯曲应力 引起裂纹尺寸c方向裂纹尖端处应力强度
因子时所用的裂纹构型因子，无量纲。
1．01—0．3 7
{1_( ] 。 s酉( 川
f(1．0(1 —磊0．3 7 ) f2e／B一口／B一0．3 4a ／(cB)] ¨
． ( 一儿
1．2．5载荷比
= — — 一 ¨ )
式中： ， 正系数。
2ac
= 一
B(C+ 、
：
1．3 长输管线的安全评定
1．3．1 项目背景
(13)
(14)
西气东输三线贵阳一一中卫联络线，于2012
年底竣工。管线主要参数如表1所示。
表1 线路用管参数
Table 1 The parameters of pipdine
本文拟对外径为1 219 mm，四种壁厚不同
(15-3，18．4，22，25．7 mm)材质为X80的双面焊
螺旋焊缝管道安全评定。
1．3．2 失效评定图
假设某段管线有一缺陷，对该缺陷进行表征，
表征后缺陷类型为埋藏裂纹缺陷，该裂纹的长径方
向与焊缝的融合线平行，具体的裂纹参数如表2。
表2 裂纹缺陷表征尺寸
Table 2 The characterizati0n size of cracks defect
壁厚／mm 15．3 18．4 22 25．7
裂纹长度／mm 8 8 8 8
裂纹高度／ram 4 4 4 4
裂纹位置(
、
内壁 4 4 4 4
／mm) ’ 。
外径／ram 1 219 1 219 1 219 1 219
由公式(1)一(11)可得4种不同壁厚管线
的断裂比，如表3所示。
表3 各种缺陷管道的断裂比
Table 3 Fracture ratio of various pipeline with defect
由公式(12)一(14)可得四种不同壁厚管线
、 ＼ ＼ ＼ ＼
3 4 5 6 7
， ／ ／L ／L ，L
第42卷第7期 王艳华，等：含埋藏裂缝缺陷X80长输管线的安全评定及剩余寿命计算 1031
的载荷比，如表4所示。
表4 各种缺陷管道的载荷比
Table 4 Load ratio of various pipeline with defect
通过断裂比与载荷比的数值，进行安全评定，
评定结果如图2所示。
图2 失效评定图
Fig．2FAD
1．4 评定结论
如图2所示，横轴 ，纵轴Kr与曲线FAC所
形成的区域为安全区域，四个评定点全部处于安全
区域之中，管线可以安全运行。
2 长输管线剩余寿命计算
2．1 参数的确定
从初始裂纹长度ao扩展到临界裂纹长度a 所
需要载荷循环数 称为疲劳裂纹扩展寿命 m]。Paris
公式是目前使用最广泛的压力管道缺陷评定规范
之一，其数学表达式为：
= 1 ]
式中：M 一疲劳次数
ar 表示极限裂纹尺寸；
口0一表示缺陷尺寸；
y一修正系数，Y-1．12；
re／一与材料有关的系数，对于高强度钢，m=2～7，多数材料 =
2～4：
C一与材料性能加载频率、、应力变化以及平均负荷等常数有关。
由公式(15)可得到，在得到所需评定缺陷的ao
及t2o后，只要得出Kz(应力强度因子)，就可以得
出管线的Ⅳc(剩余寿命)””。
局的计算：
对于I型埋藏裂纹，裂纹尖端的应力强度因子可由
公式(16)表述，即
= √7ca (16)
通常情况下，由于裂纹尺寸、结构、形状等因
素的原因，采用修正系数Y进行对应力强度因子结果
进行修正，如公式(17)所示：
Ks=Ycr~／na (17)
2．2 工程应用
某天然气输送管线基本参数如下：钢级X80，
1 219 mm x 18．4 mm，屈服强度552 MPa，抗拉强
度621 MPa，工作压力7 MPa，疲劳裂纹的扩展门槛
值^r山=8 MPax／m ， 为102 MPax／m ，弹性模量E
为2．06×10 MPa，泊松比为0．3， O'max=228
MPa ，O"min=0 MPa
，
Act 228 MPa
，
m=3，c=1．15 X 10 ，y_1．12，管道内压波动频率
为2次／d，初始裂纹为2 mm。
计算步骤如下：
1)应力强度因子
由公式(17)可得，AKs=YAcrx／~ra
MP √ 。
2)裂纹是否扩展
由于AKI：20 MPa√ >K,h：8 MPa√ ，
扩散。
3)确定临界裂纹长度
，
AKI=20
故裂纹会
令 =1．12~-max√兀 =
( 竺)z： ( 兰)z：51 mm
兀1．1 crm 7c 1．12X228
4)裂纹扩展寿命
由公式(15)可得，
Ⅳc= 1
⋯ ⋯ 一
[口
。
1
2 '
⋯
o1]=7·32次
由于该管道内压波动频率为2次，d，计算得，该
管线的剩余寿命为9．9 1 a。
3 结论
(1)在含埋藏缺陷的管线进行评定时，对于大
小、位置相同的缺陷，管线壁厚越厚，评定点坐标
值越小，管线越安全。
1032 当 代 化 工 2013年7月
(2)对含缺陷在役输气管道进行剩余寿命计
算，为管线的维修、检测提供了一定的理论依据。
(3))(寸于开展同类管线安全评定与剩余寿命计
算工作，具有一定的借鉴和指导意义。
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(上接第954页)
结果表明，低温等离子体处理染料废水在间距
5 mm，pH为7，液面厚度9 mm，浓度为2 g／L的条
件下，对直接桃红溶液COD降解率达到最好。
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(上接第1022页)
3 结论
采用微波消解一双道原子荧光光谱法同时测定
大米中微量砷和汞，具有灵敏度高、操作简便、快
速、节省试剂、抗干扰性强等特点。适合大批量大
米样品中微量砷、汞的检测。
参考文献：
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