原油、成品油和天然气管道缺陷评价手册

管道缺陷评价技术规范管道缺陷评价技术规范范围本手册规定了钢质管道缺陷评价的一般要求、内容、流程和方法。本手册适用于管道管体腐蚀缺陷、制造缺陷、凹陷、椭圆变形、裂纹、焊缝缺陷、偏心套管、外部金属物和分层的评价。站场工艺管道缺陷评价可参照本手册执行。术语和定义下列术语和定义适用于本手册。腐蚀缺陷由于管材与所处环境发生反应而造成管道壁厚的金属损失。制造缺陷管道在制管、敷设或运行过程中产生的除腐蚀外的其他金属损失。凹陷因外力撞击或挤压造成管道表面曲率明显变化的局部弹塑性变形。裂纹一种断裂型不连续，其主要特征为锋利的尖端和张开位移处长宽比大。鼓胀因子由于内压作用使缺陷部位壳体局部凸出，引起的应力强度因子放大倍数。流动应力金属材料在塑性流动中的应力。规定的最小屈服强度（SMYS）管材应遵照的材料技术条件中所规定的最小屈服强度。规定的最小抗拉强度（SMTS）管材应遵照的材料技术条件中所规定的最小抗拉强度。椭圆变形管道截面因外部挤压偏离圆形而呈椭圆形。椭圆度产生椭圆变形管道最大和最小直径之差与名义直径之间的比值，以百分比表示。外部金属物位于管道外部，与管道接触或靠近的金属物体。套管围绕管道的一个圆筒，用于保护管道不受外部损伤。偏心套管轴心线偏离管道轴心的套管。响应对含缺陷管道采取紧急修复、降压或其他的风险减缓措施。最大允许操作压力(MAOP)管道系统能够按照设计规范操作时的最大压力。安全系数(SF)结构承载能力的安全冗余比值，为大于等于1的数值。设计系数在管道设计中，设计输送压力产生的环向应力与规定的最小屈服强度的比值。一般要求缺陷评价应收集评价所需的相关资料，充分考虑各种载荷和可能的失效模式，根据本手册规定对评价对象进行适用性评价，给出评价结论。缺陷评价所需的资料包括：a)管道的材质、管径、壁厚；b)管道母材与焊缝的强度、韧性等力学性能数据；c)缺陷的类型、位置与尺寸；d)管道的设计和竣工验收资料；e)管道工况、运行历史、失效与维修历史和所处的环境资料。缺陷评价考虑的失效模式包括：a)断裂失效；b)塑性失效；c)结构失稳；d)疲劳失效。评价结论应给出缺陷在指定工况下的剩余强度或可接受性，给出维修维护建议、运行建议和再检测计划建议。腐蚀缺陷评价一般原则评价前应确定腐蚀缺陷的响应准则和安全系数，参见附录A。对于存在附加应力等情况，应根据具体情况进行专项研究。规则化处理应对缺陷尺寸进行规则化处理，缺陷轴向投影长度作为评价使用的缺陷长度，缺陷最大深度作为评价使用的缺陷深度，见图1。图1腐蚀缺陷长度的规则化处理合并处理当缺陷之间的轴向距离或环向距离小于3倍管道壁厚时，应将缺陷合并作为一个缺陷进行评价。评价使用的缺陷长度为合并后的轴向长度，见图2。图2腐蚀缺陷长度的合并处理确定流动应力4.4.1管材等级不大于L485（X70）时，流动应力可QUOTESflow按式（1）计算，且不超过SMTS。QUOTESflow=SMYS+69…………（1）式中：QUOTESflow——流动应力，MPa；QUOTESMYS——规定的最小屈服强度，MPa。4.4.2管材等级不大于L555（X80）时，流动应力QUOTESflow可按式（2）计算。QUOTESflow=SMYS+SMTS2…………（2）式中：QUOTESflow——流动应力，MPa；QUOTESMYS——规定的最小屈服强度，MPa；QUOTESMTS——规定的最小抗拉强度，MPa。确定鼓胀因子鼓胀因子按式（3）计算。QUOTEM=1+0.6275z-0.003375z2,z≤500.032z+3.3,z>50式中：QUOTEM——鼓胀因子；QUOTEz=L2Dt；QUOTEL——缺陷长度，mm；QUOTED——管道外径，mm；QUOTEt——管道壁厚，mm。确定剩余强度估计爆破压力QUOTEPf按式（4）计算。QUOTEPf=2tDSflow1-0.85(d式中：QUOTEPf——估计爆破压力，MPa；QUOTED——管道外径，mm；QUOTEt——管道壁厚，mm；QUOTESflow——流动应力，MPa；——缺陷深度，mm；QUOTEM——鼓胀因子。估计安全压力按式（5）计算。QUOTEPs=PfSF………………式中：QUOTEPs——估计安全压力，MPa；——安全系数。腐蚀增长速率计算4.7.1管道的腐蚀增长速率宜分段进行计算。4.7.2可根据检测结果、腐蚀监测数据或历史经验数据对腐蚀速率进行计算。对于服役5年内的管道，不宜仅根据内检测结果进行腐蚀速率计算。4.7.3宜按式（6）分别计算内、外腐蚀速率。QUOTEGRc=∆d∆T………………（6）式中：QUOTEGRc——腐蚀速率，mm/a；QUOTE∆d——同一位置两次检测的壁厚差，mm；QUOTE∆T——同一位置两次检测的时间差，a。注：如只有一次检测，为原始壁厚和测量壁厚之差，QUOTE∆T为投产时间和检测时间差的一半。4.7.4最大腐蚀速率按管段最深腐蚀点的腐蚀速率计算。4.7.5平均腐蚀速率按管段所有腐蚀点的腐蚀速率平均计算。制造缺陷评价一般原则评价前应确定制造缺陷的响应准则和安全系数，参见附录B。环向制造缺陷宜按第8部分进行断裂力学评价。对于存在附加应力等情况，应根据具体情况进行专项研究。规则化处理按4.2对缺陷尺寸进行规则化处理。合并处理按4.3对缺陷进行合并处理。确定流动应力流动应力QUOTESflow按式（7）计算，不超过规定的最小抗拉强度。QUOTESflow=1.15SMYS…………（7）式中：QUOTESflow——流动应力，MPa；QUOTESMYS——规定的最小屈服强度，MPa。确定鼓胀因子鼓胀因子QUOTEM按式（8）计算。QUOTEM=1+0.6275z-0.003375z2…………（8）式中：QUOTEM——鼓胀因子；QUOTEz=L2Dt；QUOTEL——缺陷长度，mm；QUOTED——管道外径，mm；QUOTEt——管道壁厚，mm。确定剩余强度估计爆破压力QUOTEPf按式（9）计算。QUOTEPf=2tDSflow1-d式中：QUOTEPf——估计爆破压力，MPa；QUOTED——管道外径，mm；QUOTEt——管道壁厚，mm；QUOTESflow——流动应力，MPa；——缺陷深度，mm；QUOTEM——鼓胀因子。估计安全压力QUOTEPs按式（10）计算。QUOTEPs=PfSF………………式中：QUOTEPs——估计安全压力，MPa；——安全系数。凹陷评价一般原则凹陷评价按照SY/T6996执行。对于存在疲劳失效可能的凹陷，宜进行疲劳评价。凹陷类型判定应通过检测结果对凹陷类型进行判定，凹陷分为弯折凹陷和平滑凹陷。平滑凹陷进一步分类为：a)含有划痕、电弧灼伤、裂纹或焊缝缺陷的凹陷；b)位于焊缝上的凹陷；c)含有腐蚀的凹陷；d)普通平滑凹陷。基于深度的评价6.3.1凹陷形貌信息有限时，可开展基于深度的凹陷评价，流程见附录C。6.3.2满足下列条件之一的，应立即响应：a)弯折凹陷；b)含有划痕、裂纹、电弧灼伤或焊缝缺陷的凹陷；c)在焊缝上且深度大于4%管道直径的凹陷；d)含有腐蚀且腐蚀深度大于40%管道壁厚的凹陷；e)深度大于6%管道直径的凹陷。6.3.3满足下列条件之一的，应在1年内响应：a)在焊缝上且深度大于2%管道直径的凹陷；b)含有腐蚀且腐蚀深度为10%至40%管道壁厚，腐蚀按第4章评价需要响应的凹陷。6.3.4普通平滑凹陷响应时，宜按照凹陷深度与长度比值（d/L）大小进行排序，优先响应比值较大的。当d/L值相同的情况下，优先响应管壁较大的。基于应变的评价6.4.1凹陷形貌数据充分时，宜开展基于应变的凹陷评价，流程见附录D。凹陷应变计算方法参照SY/T6996执行。6.4.2满足下列条件之一的，应立即响应：a)弯折凹陷；b)含有划痕、电弧灼伤、裂纹或焊缝缺陷的凹陷；c)含有腐蚀且腐蚀深度大于40%管道壁厚的凹陷；d)应变大于6%的凹陷。6.4.3满足下列条件之一的，应在1年内响应：a)在焊缝上且应变大于4%的凹陷；b)含有腐蚀且腐蚀深度为10%至40%管道壁厚，腐蚀按第4章评价需要响应的凹陷。椭圆变形评价7.1椭圆度达到或超过6%的椭圆变形应在1年内响应。7.2椭圆度达到或超过3%且与弯曲应变相关的椭圆变形应在1年内响应。裂纹评价一般原则裂纹应进行断裂力学评价。评价前应确定裂纹缺陷的响应准则、评价方法和安全系数。评价方法应根据缺陷特征、载荷和失效模式，选择适用的评价方法。可选择的评价方法包括：BS7910、API579-1/ASMEFFS-1、SY/T6477和GB/T19624等。规则化和合并处理应根据选定的评价方法的规定对缺陷进行规则化和合并处理。缺陷投影处理当缺陷方向和主要应力方向既不垂直也不平行时，宜将缺陷投影至与主要应力垂直的平面上进行评价。当存在多个方向的主要应力时，宜将缺陷分别投影进行评价，均可接受时认为缺陷可接受。安全系数应根据选定的评价方法确定安全系数或分项安全系数。在使用分项安全系数法时，对于已经取保守值的参数，该参数的分项安全系数可取1。评价等级对于同一评价方法中的不同等级评价，当简化评价与详细评价矛盾时，以详细评价的结论为准。疲劳评价对于存在疲劳失效可能的缺陷，应进行疲劳评价。焊缝缺陷评价一般原则应对焊缝缺陷的类型和性质进行识别，选择适用的评价方法，评价前应确定焊缝缺陷的响应准则和安全系数，参见附录E。焊缝缺陷分类焊缝缺陷按以下类型分类：a)体积型缺陷：气孔、夹渣、深度小于1mm的咬边、形状光滑的打磨、未焊满等；b)平面型缺陷：裂纹、未熔合、未焊透、深度大于等于1mm的咬边等。在无法区分体积型缺陷或平面型缺陷时，宜按照平面型缺陷进行评价。平面型缺陷评价平面型焊缝缺陷按第8部分进行断裂力学评价，应考虑残余应力的影响。体积型缺陷评价在认为不会发生脆性断裂时，可仅进行塑性失效评价。不同类型焊缝上的体积型缺陷塑性失效评价方法参见附录F。体积型焊缝缺陷出于保守性考虑可按第8部分进行断裂力学评价。偏心套管评价10.1接触管道的偏心套管应立即响应。10.2与深度超过20%壁厚金属损失相关的靠近管道的偏心套管应在1年内响应。外部金属物评价下列外部金属物应立即响应：a)接触管道的外部金属物；b)靠近管道且对防腐层或阴保系统产生影响的外部金属物。分层评价分层应立即响应。

（资料性附录）

腐蚀缺陷的响应准则和安全系数响应准则a）满足下列条件之一的，立即响应1）剩余强度小于安全系数乘以MAOP；2）缺陷最大深度达到或超过壁厚的70%。b）满足下列条件之一的，计划响应1）以平均腐蚀增长率增长时，剩余强度小于安全系数乘以MAOP，计划响应；2）以最大腐蚀增长率增长时，剩余强度小于MAOP，计划响应；3）缺陷最大深度达到或超过壁厚的60%，1年内响应；4）缺陷最大深度达到或超过壁厚的50%，2年内响应；5）缺陷最大深度达到或超过壁厚的40%，3年内响应。安全系数安全系数宜按式（A-1）计算。QUOTESF=1K………………（A-1）式中：QUOTESF——安全系数；QUOTEK——设计系数。对于处于高后果区的缺陷，可增大安全系数。

（资料性附录）

制造缺陷的响应准则和安全系数响应准则a）满足下列条件之一的，立即响应1）剩余强度小于安全系数乘以MAOP；2）缺陷最大深度达到或超过壁厚的70%。b）满足下列条件之一的，计划响应1）缺陷最大深度达到或超过壁厚的60%，1年内响应；2）缺陷最大深度达到或超过壁厚的50%，2年内响应；3）缺陷最大深度达到或超过壁厚的40%，3年内响应。安全系数安全系数宜按式（B-1）计算。QUOTESF=1K………………（B-1）式中：QUOTESF——安全系数；QUOTEK——设计系数。对于处于高后果区的缺陷，可增大安全系数。

（规范性附录）

基于深度的凹陷评价流程基于深度的凹陷评价流程见图C-1。图C-1基于深度的凹陷评价流程图

（资料性附录）

基于应变的凹陷评价流程基于应变的凹陷评价流程见图D-1。图D-1基于应变的凹陷评价流程图

（资料性附录）

焊缝缺陷的响应准则响应准则a）满足下列条件之一的，立即响应1）选定的评价方法评价结果为不可接受；2）缺陷最大深度达到或超过壁厚的50%。b）满足下列条件之一的，计划响应1）缺陷最大深度达到或超过壁厚的40%，1年内响应；2）缺陷最大深度达到或超过壁厚的30%，2年内响应。

（资料性附录）

体积型焊缝缺陷塑性失效评价方法不同类型体积型焊缝缺陷塑性失效评价方法参见表F-1。表F-1不同类型体积型焊缝缺陷塑性失效评价方法类型推荐的评价方法备注体积型直焊缝缺陷本手册第3章、第4章体积型螺旋焊缝缺陷Mok、Fu&Jones、Bai仅承受内压时体积型环焊缝缺陷Kastner、ModifiedMiller、API579-1/ASMEFFS-1管道缺陷评价技术规范引 用 文 件GB/T19624-2004在用含缺陷压力容器安全评定SY/T6151-2009钢质管道管体腐蚀损伤评价方法SY/T6477-2014含缺陷油气输送管道剩余强度评价方法SY/T6996-2014钢质油气管道凹陷评价方法ASMEB31G-2012ManualfordeterminingtheremainingstrengthofcorrodedpipelinesAPI579-1/ASMEFFS-1:2007Fitness-For-ServiceBS7910:2013GuideonmethodsforassessingtheacceptabilityofflawsinmetallicstructuresAndrewPalmerandAssociates,ThepipelinedefectassessmentmanualShannon,R.W.E.,Thefailurebehavioroflinepipedefects,InternationalJournalofPressureVesselsandPiping,Volume2,Issue4,October1974,Pages243-255D.H.B.Mok,R.J.Pick,A.G.Glover,R.Hoff,Burstingoflinepipewithlongexternalcorrosion,InternationalJournalofPressureVesselsandPiping,Volume46,Issue2,1991,Pages195-216Fu,B.,andJones,Failureof