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管道完整性管理标准体系建设研究

来源: 作者: 时间:2018-7-12 阅读:

董绍华  谭春波 周永涛 王联伟

中石油北京天然气管道有限公司

摘要:管道完整性管理的实施已经成为国际、国内管道管理水平的风向标,也是管道企业传统管理模式向现代管理模式转变的重要内容,,本文详细了国内外管道完整性管理标准的现状和内容,对国际上普遍采用的管道完整性管理标准ASME B31.8S-2001(气体管道)和API1160(液体管道)进行了比较,重点分析了标准的针对性和适用性,介绍了中石油管道完整性管理标准的研究工作和取得的成果,提出了迫切需要加强完整性支持性技术标准的建设,加强标准的宣贯工作,进一步提出了我国管道完整性管理标准的发展方向和目标。关键词:管道 完整性管理  标准  研究

1. 前言

管道完整性管理标准是实施管道完整性管理的重要指导性文件,跟踪和研究国内外完整性管理的标准是目前管道企业的重要任务,一方面检索适合于企业自身管理和技术发展特点的标准,另一方面是深入研究如何等同采标或修改采标,为己所用,第三方面就是编制自身需要的标准,研究标准而言,针对上述不同方法具有重要意义。

我国目前管道企业已对管道完整性管理体系进行了跟踪研究,并在一些管道的管理中借鉴国际经验,尝试实施完整性管理并取得一些经验。对完整性管理标准进行研究有利于全面系统地实施管道完整性管理,保证油气管道的安全可靠性和管理的经济性。

本章重点介绍国内外目前的标准情况,以及我国实施管道完整性管理所制订的标准情况,从而进一步说明标准工作的长期性和可持续性,通过不同标准的比对,得出了不同管道完整性管理标准的适用性,进一步提出了迫切需要加强完整性支持性技术标准的建设,加强标准的宣贯工作,进一步提出了我国管道完整性管理标准的发展方向和目标。

2 国际管道完整性管理系列标准

管道完整性管理标准包括完整性管理的核心标准,即说明管道完整性管理的定义、内容,职责、流程等相关工作内容,还包括完整性管理相关的支持性的标准和规范,如腐蚀评价、强度评价、检测、监测等标准和规范等,它们与核心标准共同构成管道完整性管理的标准体系。国际管道完整性管理实施比较早,且比较成熟,已经形成了一套完整的标准、法规、规章制度。以管道完整性管理手册为依托,形成了较完善的标准支持体系,其中较有影响的标准文件介绍如下。

2.1 完整性管理标准

(1) ASME B31.8 S一2001输气管道系统完整性管理。

(2) API l160—2001有害液体管道完整性管理。

2.2 管道完整性评估技术标准

(1) ASME B31.G 确定腐蚀管线剩余强度手册。

(2) NACE RP一0502—2002管道外腐蚀检测与直接评价标准(ECDA)。

(3) NACE—T0340内腐蚀直接评估技术(ICDA)。

(4) DNV—RP—F101腐蚀管道缺陷评价标准。

(5) API 579管道安全评价、几何机械损伤评价标准。

2.3管道完整性检测技术标准

(1) NACE RP0102—2002管道内检测的推荐实践标准。

(2) API 1163管道内检测系统标准。

(3) NACE pub 35100—2000管道内检测(报告)。

(4) ASNT ILI—PQ一2003管道内检测员工资格。

(5) API RP 580基于风险的检测。

(6) API RP 581基于风险的检测—— 基本源文件。

2.4管道完整性管理修复与维护技术标准

(1) API 570—1998管道检验规范——在用管道系统检验,修理,改造和再定级。

(2) API RP 2200-1994石油管道、液化石油管道、成品油管道的修理。

2.5其他完整性管理标准、法规或规定

(1) 风险管理程序标准(草案)-1996。

(2) 美国联邦法典第49部-运输。

a.第191部分——天然气和其他气体的管道运输年度报告、事故报告以及相关安全条件报告。

b.第192部分——天然气和其他气体管道运输的联邦最低标准。

c.第194部分——陆上石油管道应急方案。

d.第195部分——危险液体的管道运输。

(3) 关于增进管道安全性的法案(美国HR.3609)。

(4) ASNI/ASNT无损检测人员资格评定导则。

(5) API RP 1120—1995液体管道维修人员的培训与认证。

(6) API 1129—1996危险性液体管道系统完整性的保证措施。

(7) API RP 1162—2003管道操作者的公共注意项。

3 国际气体管道和液体管道完整性管理标准的比较

3.1 ASME B31.8S-2001和API 1160标准比较

美国标准《ASME B31.8S-2001 Managing Integrity Sys tem Of Gas Pipeline 》(《ASME B31.8S-2001 输气管道完整性管理》)和《API 1160 Managing System Integrity for Hazardous Liquid Pipelines》(《API1160 危险液体管道系统的完整性管理》),分别针对气体输送管道和有害液体管道系统的完整性管理的过程和实施要求进行规定。

ASME B31.8S-2001比API ll60 发布时间晚(这在ASME B31.8S的前言中已有声明。由于ASMEB31.8S是在借鉴API 1160和其他相关标准的基础上制定的。因此,如果撇开管理对象的区别,单从对管道完整性管理论述的全面性和完善性而言,ASME- B31.8S-2001 更具有代表性,因而在业界的影响似乎更大。

ASME B31.8S-2001 输气管道完整性管理的标准,是对《ASME B3 1.8 Gas Transmission and Distribution Piping System》(《ASME B31.8天然气输气管道与配气管道系统》)的补充,目的是为管道系统的完整性和完整性管理提供一个系统的、广泛的、完整的方法。ASME B31.8S-2001已得到ASME B31标准委员会和ASME技术规程与标准委员会的首肯,并在2002年被批准为美国国家标准。

3.2  ASME B31.8S-2001标准的特点

(1) ASME.B31.8S-2001 管道完整性管理标准是一种过程标准,为管道系统完整性管理提供了一个系统的、贯穿管道整个寿命周期的过程方法。管道的完整性管理始于管道合理的设计、选材和施工,内容涉及管道设计、施工、运行、监控、维修、更换、质量控制和通信系统等全过程,并通过信息反馈,不断完善管道的完整性。

(2) ASME.B31.8S-2001 管道完整性管理标准引入了风险概念,反映了当前管道安全管理从单一安全目标发展到优化、增效、提高综合经济效益的多目标趋向。

(3)  ASME.B31.8S-2001管道完整性管理标准是一种系统管理体系规范。它不是单纯的、具体的技术标准,而是建立在以众多基础的、单一的技术规范以及相关研究成果基础之上的一种综合的管道管理规范体系。

4 国内管道完整性管理相关标准规范成果

国内管道的安全评价与完整性管理始于1998年,主要是应用在输油管道上。对于这一先进的管道管理模式和管理理念,国内管道运营公司正努力引进和消化。在陕京线(天然气管道)和兰成渝管道(成品油管道)已根据国际先进经验试行实施管道的完整性管理模式,并取得了许多成果和经验,完整性管理的标准初步形成了配套体系,但国家约束的法律、法规方面尚未形成体系。目前完整性管理的标准主要是通过研究、消化、吸收国际上的先进经验和做法,并结合国内管道运营的实际提出相应的管理措施和规范,最终形成具有本国特色的管道完整性管理标准体系。

4.1国家、行业标准及规范

国内目前已初步形成了管道完整性管理的标准体系,已有的相关的标准可列举如下:

(1) GB50316—2000工业金属管道设计规范。

(2) GB50251—94输气管道工程设计规范。

(3) GB50253—2003输油管道工程设计规范。

(4) SY0007—1999钢质管道及储罐腐蚀控制工程设计规范。

(5) GB11345—89钢质管道超声波无损检测方法。

(6) CJJ95—2003城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程。

(7) SY/T6477—2000含缺陷油气输送管道剩余强度评价方法,第1部分:体积型缺陷。

(8) SY/T6151—1995钢质管道管体腐蚀损伤评价方法。

(9) SY/T6597—2004钢质管道内检测技术规范。

(10) SY/T6553—2003管道检验规范,在用管道系统检验,修理,改选和再定级。

(11) SY/6186石油天然气管道安全规程。

(12) 石油天然气管道安全监督与管理暂行规定(国家经济贸易委员会17号令)。

(13) SY/T 0023埋地钢质管道交流排流保护技术标准。

(14) SY/T 0087钢质管道及储罐腐蚀与防护调查方法标准。

(15) SY/T 5922天然气管道运行规范。

(16) SY/T 4056石油天然气钢质管道对接焊缝射线照相及质量分级。

(17) SY/T 4065石油天然气钢质管道对接焊缝超声波探伤及质量分级。

(18) GB/T 16805—1997液体石油管道压力试验。

(19) Q/SY JSOO54—2005钢制管道内检测执行技术规范。

(20) Q/SY JSOO55—2005钢制管道缺陷安全评价规范。

4.2中石油管道完整性管理系列规范成果

为保证管道完整性管理的顺利实施,指导完整性管理工作的实践,中石油编制了《管道完整性管理规范》。该标准参照SY/T 6648《危险液体的管道完整性管理》和SY/T 6621《输气管道系统完整性管理》而编制,对管道完整性管理工作进行了详细的规定,具有较强的可操作性。系列规范规定了长输油气管道完整性管理的目标、原则、要点和工作内容。系列规范适用于长输油气管道线路部分的完整性管理。

完整性管理的基础保障,有组织机构和职责要求,完整性管理标准规范与文件体系,为对完整性管理过程进行质量控制,应建立一整套标准规范和程序文件体系,使管道管理者可以参照使用。标准规范应规定了完整性管理的工作流程与工作内容要求,文件体系应细化到完整性管理活动的职责分配和具体的技术方法,使管道管理者可以直接实施,具有很强的可操作性,文件体系可纳入QHSE体系进行管理。

为提高数据管理与分析的效率,应建立专门的完整性管理系统平台,对风险评价与完整性评价需要的数据进行统一管理,综合利用。规定了培训内容,管道完整性管理者应具备以下知识(但不限于),并定期开展相关培训:规定了建设期管道的完整性管理要求。

开展管道完整性管理的核心内容包括数据采集与整合、高后果区识别、风险评价、完整性评价、维修与维护、效能评价,持续改进和再评价,等6个步骤,这6个步骤是一个持续循环的过程,管道的安全状态在实施这一循环过程中不断得到提高。完整性管理系列规范包括以下内容:

第1部分:管道完整性管理总则

第2部分:管道高后果区识别与分析规程;

第3部分:管道风险评价导则;

第4部分:管道完整性检测与评价导则;

第5部分:管道完整性效能评价导则;

第6部分:建设期管道完整性管理规范;

第7部分:管道完整性数据库表结构;

第8部分:建设期管道完整性数据收集导则。

4.3 中石油北京天然气管道公司管道完整性管理规范成果(1)数据收集规范:

《管道本体数据采集和管理规范》(2)检测标准:

《钢制管道内检测执行技术标准》

《超声导波检测操作技术规范》

《管道超声导波检测及评估技术规范》

《管道超声衍射(TOFD)技术规范》(3)监测技术规范:

《天然气管道内腐蚀监测系统设备操作规程》

《天然气管道内腐蚀监测数据分析与评价规范》

《重载车碾压管道技术规范》(4)评价技术规范:

《天然气长输管道HCA高后果区评价导则》

《钢制管道缺陷安全评价标准》

《管道内外缺陷认定和验证技术规范》

《管桥结构评价规程》(5)修复技术规范:

《碳纤维复合材料补强修复标准》

《钢制管道夹具注环氧修复标准》

5  管道完整性管理系列标准内容介绍

5.1输气管道系统完整性管理 (ASMEB31.8-2001)

该标准适用于采用钢铁材料建造的输送气体的陆上管道系统。管道系统是指输送气体的有形设施的所有部分,包括:管道、阀门、管道附件、压缩机组、计量站、调压站、分输站、储气设施和预制组件。完整性管理的原则和过程适用于所有管道系统。

国际管道研究委员会(PRCI)对输气管道事故数据进行了分析并划分成22个根本原因。22个原因中每一个都代表影响完整性的一种危险,应对其进行管理。运营公司报告的原因中,有一种原因是“未知的”,就是说,是找不到根源的原因。对其余21种,已按其性质和发展特点,划分为9种相关事故类型,并进一步划分为与时间有关的3种缺陷类型。这9种类型对判定可能出现的危险很有用。应根据危害的时间因素和事故模式分组,正确进行风险评估、完整性评价和减缓活动。

识别危险对管道的潜在影响,数据收集、检查和综合,风险评估,完整性评价,对完整性评价的响应减缓(维修和预防)措施和检测时间间隔的确定,数据的更新、整合和检查。包括五个方案的编制:质量控制方案、变更管理方案、联络方案、完整性管理程序评价方案和完整性管理实施方案

5.2 危险液体管线系统的完整性管理 (API 1160 )

该标准适用于原油、成品油管道的完整性管理,但不局限于原油、成品油管道,完整性管理的原则适用于所有管道系统。

该标准特别为管道管理部门提供已经工业实践证明的管道完整性管理方法。该标准专用于从一个清管装置到另一个清管装置之间的管道,但其过程和方法应用于所有管道设施,包括管道站场、库区和分输设施。对于管道站场、库区和分输设施,该标准有明确地章节提供指南。

该标准适用于个人和小组进行管道完整性管理系统的计划、执行和改进。典型的小组应包括工程师、运行操作人员、具有特定技能或经验的专家(腐蚀、内检测、管道保护工等等)。该标准的使用者应熟悉管道安全规范(Title 49 CFR Part 195),包括对管道管理部门的有书面的管道完整性管理系统、进行初始评估和定期评估管道完整性等要求。框架包括:

初步的数据收集、分析和综合。确定管道对高影响区和其它地区潜在的完整性威胁的第一步是收集有关潜在危险的信息。管理部门要收集、分析、综合信息。本单元中,管理部门进行初步的数据收集、分析和综合对于了解管道的状况并识别对管道完整性构成威胁的管段非常必要。进行风险评估所需的数据有:运行、维护、监督记录、管线设计、运行历史、失效模式和对特定管道的特定信息。简要的介绍了在风险分析中有用的数据源和常用的数据单元,及数据分析、综合方法。对于刚刚开始完整性管理的管理部门,初步的数据收集应关注有限的几类数据,以便容易地识别出对完整性构成较大威胁的因素。

初步风险评估。 本单元中利用收集的数据进行管道系统风险评估。风险评估开始于系统,全面地找出对管道系统或设施完整性的潜在威胁。识别潜在危险不要局限于已知危险种类,还要去找新的风险。通过对前面收集到的信息和数据进行完整的评估,风险评估程序可以识别特定位置或状况的位置,或可能导致管道完整性降低的事故的组合事件或状况。风险评估的结果应该包括管道系统上最重要的风险的种类和位置。

制定初始评估计划。 利用初步风险评估(或者是审查评估)的结果,可制定确定最重要风险和评估管线系统完整性的方案。这个方案应包含完整性评估方法(如内检测或者是水压试验)和在风险评估中识别的预防及降低风险的方法。对能够影响高影响区的管段,初始评估计划应包括对内检测技术、水压实验及其它评估管线完整性的方法,进行评估的时间表,和选择所用方法的理由。介绍了多种可用的内检测技术、选择评估的方法和制定内检测和水压实验时间间隔的方法。

检测或减缓。 本单元执行初始评估计划,对结果进行评估,对能够导致管道失效的缺陷进行修补。说明如何按照内检测结果对需要检查和修理的管段进行排序。说明了对不同类型缺陷进行修补的技术。

如前所述,风险评估可能会发现以前没有发现的风险。如果认为挖掘工具对管道是很大的威胁,管理部门可以选择增加巡逻、增加公众交流、改善管线标志、加强管道占地清理、主动参加当地的计划委员会、提高挖掘者的意识来减少第三方破坏。提供了风险控制和减缓活动的手册。

更新、综合、分析数据。 在完成最初的评估后,管道管理部门已增加和并更新了管线的信息。这些信息被保存并加到数据库里用于支持将来的风险评估和完整性评估。此外,随着系统的持续运行,更多的运行、维护、检查和其它数据被收集,数据库得到进一步充实和更新而支持完整性管理。

重新评估风险。应该定期的进行风险评估以适应新的运行参数、管道系统设计的改变(新阀、新更换的管段、修复工程等)、运行变化(流速的改变、压力分布),并分析上次风险评估后外部变化造成的影响(例如人口迁入到新的地区)。完整性评估的结果,例如内检测、水压实验,也应被纳入到下次风险评估当中。这样可以保证分析是建立在对管道状态了解的基础上。

修改减缓和检查计划。 应该把初始评估计划转变成动态的完整性计划,以定期地更新以反映新的信息和当前存在的完整性问题。当新的风险因素和已知风险因素的新表现被识别,应采取进一步的适当的预防或减缓行动进行应对。此外,新的风险评估结果也应被用来建立将来完整性评估的计划。探讨了改进的完整性评估计划。讨论了确定内检测和水压试验频率的方法。

评估审核完整性管理有效性。 管理部门应该收集运行信息,定期评估其完整性评价技术、管道修理活动、及其它预防和减缓措施的有效性。管理部门还应该评估管理系统及支持完整性管理决策的程序的有效性。说明了如何进行效能评估,和审查完整性管理系统。

变更管理。 管道系统和系统所处环境不是一成不变的。应在系统的设计、运行、维护进行变更实施前对其对管道的潜在风险进行评估。还应对管道所处环境的变化进行评估。要把这些变化包括在以后的风险评估中。讨论对与完整性管理相关的变化进行管理。

持续改进管理。完整性管理不是一次就可以完成的。完整性管理是一个监视管道状态、识别和评估风险、采取行动最大可能地降低最主要威胁的一个连续的循环。必须对风险管理进行周期性的更新和修改来反映管道现在的运行状态。这样管理部门就可以用有限的资源来实现无误操作、无泄漏的运行目标。

5.3  ASME B31.G评价系统

(1) 限制条件

a. 本方法限于可焊接的管线钢材,如碳钢或高强度低合金钢的腐蚀。ASTM A53,A106和A381,以及API 5L(现行的API 5L包括原先API 5LX和5LS确的所有等级)中所叙述的是这些钢材的典型代表。

b. 本方法只适用于外形平滑,低应力集中的管线用管本体上的缺陷(例如,电解或电化学腐蚀,和磨蚀引起的壁厚损失)。

c. 此方法不宜用于评定被腐蚀的环向或纵向焊缝及其热影响区、机械损害引起的缺陷,如凹陷和沟槽、以及在管子或钢板制造过程中产生的缺陷,如裂纹、折皱、轧头、疤痕、夹层等处的剩余强度。

d. 本方法中提出的腐蚀管子留用准则只以管子在承受内压时保持结构完整性的能力为根据,当管子承受第二有效应力(如弯曲应力),尤其是腐蚀有举足轻重的横向成分时,它不宜作为唯一准则。

e. 本方法不能预测泄漏和破裂事故。

(2) 方法与研究程序

广泛的旧管道试验,把真实的腐蚀管子加压爆破是本手册所述方法的依据。因为有用过的,且确具腐蚀危险的管子可以利用,拿这种原型的现场样品就地或在大的原型试验坑内作试验,就比把这些准则建立在用机械加工的缺陷进行的纯实验室试验显得更为合理。

针对全部缺陷类型安排了数百次旧管子试验以确定普遍的缺陷特征。计算腐蚀管材承压强度的数学关系式就是在试验积累的基础上形成的。这些虽属半经验性的数学关系式,都基于断裂力学原理。

断裂力学的基本原理是,当存在缺陷时,材料抵抗不稳定开裂的能力与缺陷尺寸和一个称为韧性愈大,发生断裂前它所能承受的裂纹就愈大。同样,缺陷愈大,发生漏泄或破裂时的压力就愈低。这两种特性看起来显而易见,然而它们构成了确定有缺陷管子实际强度的断裂力学基础。

1970年和1971年间用数个规格的管子作47次压力试验。来评估确定腐蚀区域强度的数学关系式的有效性。试验管材的直径从16in.到30in.,管壁厚度从0.312in.到0.375in.。管材的屈服强度从API 5LA-25级的大约25,000psi到5LX X-52级的大约52000psi。

早期试验建立的数学关系式已根据以后试验的成果作了修正,在该标准研究过的材料范围内,就腐蚀缺陷的破裂压力提供可靠估计。

图3-1  按预测破裂应力/腐蚀缺陷的抛物线准则

用腐蚀管子进行的试验表明,管线管的钢材都有足够韧性,而韧性不是一个主要因素。钝性腐蚀缺陷的破裂受其尺寸和材料流变应力或屈服应力的控制。

图4-1显示了原管道打压破裂的实际情况与判定管线管腐蚀坑穴能否接受的准则之间的关系。这一准则是,它们应能承受等于其规定最小屈服强度(SMYS)100%的应力水平。此图以一个保守的腐蚀区域的抛物线剖面假设为基础,以最大腐蚀深度与管子壁厚的比值为纵坐标,以腐蚀长度除以管子半径与壁厚乘积的平方根为横坐标。每个数据点代表腐蚀管子的一次旧管道试验,数据点旁的数字是以SMYS百分数表示的破裂压力下的应力。只有3个数据点(3次试验)是在低于100%SMYS的压力水平上破裂的,这表明,腐蚀缺陷的严重性不大(应当看到,这3点均被准则排除)。图中实线是低于100%SMYS的破裂压力的区分线。有许多点处于此线以下,它们无一例外都代表高于100%SMYS的破裂情况。这些高于100%SMYS的事实充分说明,这一准则是相当保守的。

图中的可接受区是曲线下方左侧的阴影部分。由缺陷深度和长度决定,落在曲线上方的腐蚀坑穴,按提出的准则衡量是不可接受的,要降低管道的工作压力和将腐蚀坑穴去除或修理。

5.4 管道缺陷Rstreng方法

Rstreng(改进的B31G) 是B31G 标准的改进,减少了原标准的保守性,特点如下:

Rstreng是经过86根实际腐蚀的管道爆破实验验证。

最大允许深度为80%的壁厚深度

流动应力等于 MYS + 10kPsi (68.94 MPa)

包含三项傅立叶参数,算法准确

假设一任意面积近似考系数为 0.85

RSTRENG(Remaining Strength of Corroded Pipe) 按腐蚀底部的形貌实施评价,比B31G更具有准确性.

RSTRENG (Remaining Strength of Corroded Pipe)是基于有效的腐蚀面积、有效缺陷腐蚀长度,任意腐蚀缺陷均能被评估。

确定腐蚀形貌必须沿着管道长度方向上,进行大量的深度测量,以确定缺陷底部的形貌,缺陷可以是单个缺陷,也可是相互作用缺陷。

该程序考虑将整个缺陷分成若干部分,来预测相应的失效压力,

在大多数情况下,RSTRENG(Remaining Strength of Corroded Pipe)预测最小的失效压力,要比使用按照整个缺陷面积,整个长度方法的值要小。

5.5 DNV RP-F101 标准(1) 简介

提出的推荐方法对以下两种荷载作用下的管道腐蚀缺陷进行评估:a. 只受内压作用。b. 内压与纵向压应力共同作用。

该标准分为两部分,提出了可供选择的两种腐蚀评估方法。这两种方法的主要区别在于其安全准则不同。

第一种方法,是根据DNV近海标准OS-F101和海底管道系统标准来确定的安全准则。推荐方法遵循并补充了DNV OS-F101标准。特别考虑到缺陷深度的尺寸和材料性质的不确定性,使用了概率修正方程(分安全系数)来确定腐蚀管道的许用操作压力。

第二种方法是根据ASD(许用应力设计)标准,计算出腐蚀缺陷的失效压力(承载能力),此失效压力需乘以一单独的使用系数,该使用系数是根据原始设计系数而得到的。对于腐蚀缺陷尺寸的不确定性,需用户自行判断。

该标准通过对含机械腐蚀缺陷(包括单个缺陷、相互作用的缺陷和复杂形状缺陷)的管道,作了超过70次的爆破试验,得出有关爆破的数据库和有关管道材料性质的数据库。另外,通过三维非线性有限元分析得出一更为综合的数据库。提出了预测含腐蚀管道剩余强度的准则,此腐蚀管道含有单个缺陷、相互作用缺陷和复杂形状缺陷。

该标准还通过对含机械腐蚀缺陷管道的12次爆破试验得到的数据库,包括轴向荷载和弯曲荷载的叠加对失效应力的影响。也通过对含缺陷管道的三维非线性有限元计算生成更为综合的数据库。使用了概率的方法修正规范并确定分安全系数。(2) 应用范围

该标准所提供的方法适用于有腐蚀缺陷的碳钢管道(不适用于其它成分的钢管),海底管道系统DNV近海标准OS-F101已经采用此方法进行设计,对于标准(并不只限于以下这些)ASME B31.4, ASME B31.8, BS8010, IGE/TD , ISO/DIS 13623, CSA Z662-94,当安全准则与设计规范有矛盾时,也可采用此方法。

在评估腐蚀管道时,应考虑到连续腐蚀扩展的影响。如果含有腐蚀缺陷的管道还继续使用,那么应该采取措施阻止腐蚀的进一步发展或者对腐蚀缺陷采取适当的检测方法。有关腐蚀缺陷的连续扩展该标准没有讨论。

此推荐方法没有包括所有的情况,具体情况还需采取有目标的评估和其它的方法。(3) 适用的缺陷

本文提出的方法适用于评估下列类型的腐蚀缺陷:

母材的内部腐蚀。

母材的外部腐蚀。

焊缝上的腐蚀。

环缝焊接的腐蚀。

相互作用的腐蚀缺陷群。

为了修理磨掉缺陷所形成的金属损失(假如磨后留下的缺陷是光滑的形状,并且原始缺陷经过适当的NDT方法核实)

当标准方法应用于焊缝和环向焊缝的腐蚀缺陷时,应该注意,焊缝上没有将会与腐蚀缺陷相作用的明显的焊接缺陷或虚焊,焊缝应具有一定的韧度。(4) 施加的荷载

内压和轴向、弯曲荷载会影响到腐蚀管道的失效。在该标准推荐方法中,将包括以下荷载(应力)的组合和缺陷情况:

内压作用于:单个缺陷、相互作用的缺陷、复杂形状缺陷。

内压荷载与纵向压应力组合作用于:单个缺陷。

注:纵向压应力是由轴向荷载、弯曲荷载、温度载荷等作用产生。(5) 不适用的方面

下列方面不包括在该标准所讨论的范围内:

除了碳钢管道以外的其它材料的管道

管道材料等级超过X80钢

交变荷载

尖口缺陷(例如:裂纹)

腐蚀和裂纹的组合

腐蚀和机械损伤的组合

由于金属损失缺陷而形成的机械损伤(例如:划痕)

焊接造成的缺陷

缺陷深度超过原始管壁厚度的85%(例如:剩余管壁厚度小于原始管壁厚度的15%)

此评估方法只适用于将产生塑性破坏的钢管。本方法也不适用于将产生断裂的地方。包括:

转变温度在操作温度之上的材料。

材料厚度超过12.7毫米(1/2英寸),除非转变温度低于操作温度。

电焊管道的焊接处存在缺陷的管道。

使用搭接焊或电炉平焊而形成的管道。

半镇静钢。

(6) 其它失效模式

其它失效模式,如屈曲、褶皱、疲劳和破裂都需要考虑,这些失效模式在本文中都没有介绍,可采用其它使用方法。本推荐方法的目的是提供一种简单的腐蚀管道评估规范。分析的结果偏于保守。如果腐蚀缺陷并不适用于本推荐方法,使用者可以考虑其它的方法,以便精确的评估腐蚀管道的剩余强度。这包括详细的有限元分析及(或者)全尺寸试验,但不仅限于这些。5.6  API 579评价标准

(1) 该标准文件中的适用性(FFS)评价规范已发展成评价构件单一或多重损害机理导致的缺陷。构件的定义为按照国家标准或规范设计的承压部件。设备被定义成构件的组合。因此,该标准覆盖的压力设备包括构件压力容器、管道和储存罐罐壳层的所有的压力容器。对于固定和浮动的顶部结构以及罐底板的适用性(FFS)也包含在标准中。

标准中的适用性(FFS)评价规范是在假定构件是按现行的规范和标准设计和生产出来。

对没有按照最初设计标准设计和建造的设备构件,标准中的原则可以用来评价实际损害和与最初设计有关的竣工情况。这种类型的适用性(FFS)评价将由知识渊博和标准设计要求方面有经验的专家实施。

描述适用性(FFS)评价规范文件的每一节包括说明规范的适用性和局限性的一段。分析规范的局限性和适用性在相关的评价级别中说明。

(2) 评价技术和验收准则

适用性(FFS)评价规范提供了三级评价。在每节中包括的逻辑框图图示了这些评价等级是如何关联的。每个评价等级提供了一种方法,这种方法与安全保守性要求、评价要求的信息数量、进行评价人员素质和问题的复杂性之间有关系。如果实际的评价等级不能提供可接受的结果或者不能给出清晰的程序步骤,专业人员通常的顺序是从一级到三级进行分析(除非由评价技术直接决定的情况下)。下面描述的是每个评价等级和它指定的用法的综述。

第一级——这一级别包含的评价规范目的是提供保守的筛选准则。保守的筛选准则利用最小数量的检测或构件信息。通过现场检测或工程人员可以进行第一级评价。

第二级——这一级别包含的评价规范目的是提供更细致的评价。这种评价产生的结果比第一级评价的结果更精确。在第二级评价中,需要和第一级评价要求相似的检测信息。然而,更多的详细计算用于评价中。在进行适用性(FFS)评价时第二级评价一般能够典型地被现场工程师或有经验和渊博知识的工程专家进行。

第三级——这一级别包含的评价规范目的是提供一个最细致的评价。这种评价产生的结果比第二级评价的结果更精确。在第三级评价中要求有最详细检测和构件信息,和在数学技术基础上的推荐分析如有限元方法。在进行适用性(FFS)评价中一个第三级分析主要由有经验和渊博知识的工程专家使用。5.7 BS 7910 标准

BS 7910是英国燃气开发的金属结构可接受性的评价标准,主要是为碳钢和铝合金焊接结构开发的,随着应用的扩展,又用于其它金属和非焊接金属结构缺陷的分析评价,该标准适合于金属结构的设计、建设、运行全生命周期。

裂纹在I/II/III型和剪切载荷作用下的评估

海洋结构管接头评估程序

压力容器和管道断裂评估程序

结构不对中应力分析

缺陷定义

爆破之前泄露评价程序

管道和压力容器腐蚀评价

断裂\疲劳\蠕变评价

焊接接头焊接强度不匹配评价

冲击功表示管道韧性结果的使用

可靠性\分安全系数\实验次数和保守系数

焊缝断裂韧性的确定

应力强度因子方法

确定管道可接受缺陷的LEVEL-1简化程序

残余应力的计算

疲劳寿命估计的数值方法

高温断裂扩展评价

高温失效评价程序

6. 关于标准的思考和建议

根据完整性管理相关标准的特点和要求,结合国内相关技术现状,应从以下方面进行更深入的工作。

(1)开展完整性管理对标工作

开展完整性管理对标,引进、吸收国外管道完整性管理的经验做法,结合中国的国情,制订国内管道完整性管理的技术标准,借鉴做法,引进技术,用高标准的宣贯和推广应用促进国内技术进步和理念转变。

(2)开展管道完整性管理标准的研究

目的是建立完善的完整性管理系列标准,指导管道运营公司全面实施管道完整性管理,包括完整性管理的内容、技术标准体系、完整性管理的文件体系、完整性管理的管理模式。

(3)支持性技术标准的建设

根据完整性管理的总体要求,全面加强管道完整性管理基础规范的研究和完善,尤其要加强对完整性评价技术、管道风险评价规范研究。

(4)监管机构要健全完整性管理规范

长输管道监管的责任,实现从政府到企业的多级管理,负责管道完整性管理的规划,并通过立法加强管道完整性管理,健全各级管道完整性管理的规程。

(5)加强完整性管理软件和硬件标准的制订

组织科研单位和制造企业进行完整性管理软件和硬件研究开发,早形成国产的完整性管理软硬件产品,并形成完整性软件和硬件的标准。

(6)鼓励技术人员学习和使用标准

管道的完整性管理既是一种管理模式、也是一种管理理念,应通过各种渠道加强完整性管理人才的培养,特别是鼓励技术人员学习和掌握国内外标准。

(7)加强完整性管理数据库标准的研究

此类数据库是管道完整性管理实施的重要基础,完善的管道完整性数据收集机制、完备的数据库标准是保障管道完整性管理实施的前提,是实施的基础要素。

参考文献:

[1].ASMEB31G-1991, Manual for Determining the Remaining Strength of Corroded Pipelines 1991

[2].ASME B31.8S-2001 输气管道系统完整性管理  美国机械工程学会  2002年11月

[3].API1160 液体管道完整性管理 美国石油学会  2003年

[4].孔昭瑞:现代安全理念与油气管道的安全保障体系,油气储运,2001,20(8) 1~4。

[5].董绍华 管道完整性管理体系与实践  石油工业出版社 2009.6

[6].董绍华  管道完整性技术与管理  中石化出版社  2007.1

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