1.ASMEB31G标准理论基础
ASME B31G—1984标准、ASME B31G—1991标准和ASME B31G—2009标准以半经验公式和断裂力学NG-18表面缺陷计算公式为理论依据,计算方法为
式中,SF为预测的环向失效应力;A0为缺陷处管壁面积;A为缺陷剖面投影面积;M为膨胀系数;Sflow为材料的流变应力。
该标准认为,当SF大于或等于管道的安全系数SF与操作压力下的环向应力S0的乘积时,缺陷可以接受,其中:
式中,SF为预测的环向失效应力;A0为缺陷处管壁面积;A为缺陷剖面投影面积;M为膨胀系数;Sflow为材料的流变应力。
该标准认为,当SF大于或等于管道的安全系数SF与操作压力下的环向应力S0的乘积时,缺陷可以接受,其中:
式中,MAOP为最大许可压力;D为管道外径;t为管道壁厚。
为简化评价步骤,方便实现软件编程,得到可以直接与最大许可压力MAOP进行比较的安全运行压力pSW:
式中,MAOP为最大许可压力;D为管道外径;t为管道壁厚。
为简化评价步骤,方便实现软件编程,得到可以直接与最大许可压力MAOP进行比较的安全运行压力pSW:
令:
令:
则:
则:
式中,pSW为安全运行压力,即剩余强度,当pSW大于或等于MAOP时,认为缺陷可以在规定的压力下安全运行;RS为剩余强度系数;p0为预测的普通管道的破坏压力。在评价时将腐蚀缺陷的参数和管道参数代入式(11-6)中,即可得到该腐蚀缺陷的安全运行压力。
在实际的评价过程中发现,ASME B31G—1984标准具有较大的保守性,评价得出的安全运行压力小于实际值,这样的评价结果虽然能够保证腐蚀缺陷管道的安全运行,但是按照该标准给出的安全压力运行,会造成长输油气管道的输送能力下降,影响管道输送效率,按照该标准给出的维修和更换结论,会造成管道重复维修和不必要的维修,最终造成资源和维修费用的极大浪费。针对这种现象,美国燃气协会根据86个不同形状的腐蚀缺陷管道的评价结果,根据实验数据结果对式(11-3)中的3个参数进行了修正,分别为材料的流变应力Sflow、膨胀系数M和剩余强度系数RS。在此后对于该标准的修订,也主要围绕着三个参数展开。
2.ASMEB31G—1984标准
ASME B31G—1984标准是目前为止出现时间最早、应用最为广泛的管道完整性评价标准之一。该标准将缺陷剖面投影近似地看作为抛物线,将缺陷处管壁A0近似为矩形,所以缺陷剖面投影面积A可以表达为
式中,pSW为安全运行压力,即剩余强度,当pSW大于或等于MAOP时,认为缺陷可以在规定的压力下安全运行;RS为剩余强度系数;p0为预测的普通管道的破坏压力。在评价时将腐蚀缺陷的参数和管道参数代入式(11-6)中,即可得到该腐蚀缺陷的安全运行压力。
在实际的评价过程中发现,ASME B31G—1984标准具有较大的保守性,评价得出的安全运行压力小于实际值,这样的评价结果虽然能够保证腐蚀缺陷管道的安全运行,但是按照该标准给出的安全压力运行,会造成长输油气管道的输送能力下降,影响管道输送效率,按照该标准给出的维修和更换结论,会造成管道重复维修和不必要的维修,最终造成资源和维修费用的极大浪费。针对这种现象,美国燃气协会根据86个不同形状的腐蚀缺陷管道的评价结果,根据实验数据结果对式(11-3)中的3个参数进行了修正,分别为材料的流变应力Sflow、膨胀系数M和剩余强度系数RS。在此后对于该标准的修订,也主要围绕着三个参数展开。
2.ASMEB31G—1984标准
ASME B31G—1984标准是目前为止出现时间最早、应用最为广泛的管道完整性评价标准之一。该标准将缺陷剖面投影近似地看作为抛物线,将缺陷处管壁A0近似为矩形,所以缺陷剖面投影面积A可以表达为
式中,L为腐蚀缺陷的轴向长度(mm);d为腐蚀缺陷的深度(mm)。
缺陷处管壁面积A0可以表达为
A0=Lt (11-8)
式中,t为管道的公称壁厚(mm)。
ASME B31G—1984标准中,将材料的流变应力Sflow定义为1.1倍的最小屈服极限SMYS,所以材料的流变应力Sflow可以表达为
Sflow=1.1SMYS (11-9)
式中,SMYS为管道材质的最小屈服极限(MPa)。
ASME B31G—1984标准中定义膨胀系数M为
式中,L为腐蚀缺陷的轴向长度(mm);d为腐蚀缺陷的深度(mm)。
缺陷处管壁面积A0可以表达为
A0=Lt (11-8)
式中,t为管道的公称壁厚(mm)。
ASME B31G—1984标准中,将材料的流变应力Sflow定义为1.1倍的最小屈服极限SMYS,所以材料的流变应力Sflow可以表达为
Sflow=1.1SMYS (11-9)
式中,SMYS为管道材质的最小屈服极限(MPa)。(https://www.xing528.com)
ASME B31G—1984标准中定义膨胀系数M为
ASME B31G—1984标准中定义剩余强度系数RS的取值为:
ASME B31G—1984标准中定义剩余强度系数RS的取值为:
当
时
当
时
当
时
当
时
将L、d、t、D、SMYS、SF代入式(11-4)~式(11-10)、式(11-11)或式(11-12)中,可得到由ASME B31G—1984标准计算得到的管道安全运行压力。
3.ASME B31G—2009标准
ASME B31G—2009标准中对缺陷剖面投影面积A进行了修正,定义缺陷剖面投影面积A为矩形和抛物形面积的平均值,可以表达为
A=0.85dL (11-13)
ASME B31G—2009标准中对于缺陷处管道壁面积A0和材料流变应力Sflow的定义与ASME B31G—1984标准中相同。
ASME B31G—2009标准定义剩余强度系数RS的取值为
将L、d、t、D、SMYS、SF代入式(11-4)~式(11-10)、式(11-11)或式(11-12)中,可得到由ASME B31G—1984标准计算得到的管道安全运行压力。
3.ASME B31G—2009标准
ASME B31G—2009标准中对缺陷剖面投影面积A进行了修正,定义缺陷剖面投影面积A为矩形和抛物形面积的平均值,可以表达为
A=0.85dL (11-13)
ASME B31G—2009标准中对于缺陷处管道壁面积A0和材料流变应力Sflow的定义与ASME B31G—1984标准中相同。
ASME B31G—2009标准定义剩余强度系数RS的取值为
ASME B31G—2009标准中定义膨胀系数M为:
ASME B31G—2009标准中定义膨胀系数M为:
当
时
当
时
当
时
当
时
将L、d、t、D、SMYS、SF代入式(11-4)、式(11-5)、式(11-6)、式(11-8)、式(11-13)、式(11-14)、式(11-15)或式(11-16)中,可得到由ASME B31G—1984标准计算得到的管道剩余强度。
4.ASME B31G标准的适用范围
ASME B31G标准主要适用于评价管道材质等级较低、管道服役时间长的老管道。此类管道运行压力较低,且影响因素较多,在一定程度上能够克服ASME B31G标准的保守性,保证安全运行。ASME B31G标准不适用于评价管道材质等级较高的管道,如X70、X80管道。
ASME B31G标准主要适用于缺陷深度小于实际壁厚80%的孤立的、外形平滑的、低应力集中的腐蚀缺陷;对于非孤立的多个腐蚀缺陷,ASME B31G标准将这些缺陷视为同一个腐蚀缺陷进行评价,取多个腐蚀缺陷中的最大深度作为腐蚀缺陷深度,取多个腐蚀缺陷的总长度作为腐蚀缺陷长度,并将其代入到评价标准中进行评价。所以,对于非孤立腐蚀缺陷,采用ASME B31G标准的评价结果比采用独立缺陷的评价结果更加保守。
ASME B31G标准不适用于评价焊缝及由于管道焊接引起的热影响区域;不适用于评价长度较长的腐蚀缺陷和非均匀腐蚀;不适用于特殊类型和位置的缺陷,如裂纹、折皱、轧头、疤痕、夹层等处以及机械损伤引起的缺陷。ASME B31G标准曾在我国的长输油气管道发展中得到广泛应用,如东黄老线的重启动。
将L、d、t、D、SMYS、SF代入式(11-4)、式(11-5)、式(11-6)、式(11-8)、式(11-13)、式(11-14)、式(11-15)或式(11-16)中,可得到由ASME B31G—1984标准计算得到的管道剩余强度。
4.ASME B31G标准的适用范围
ASME B31G标准主要适用于评价管道材质等级较低、管道服役时间长的老管道。此类管道运行压力较低,且影响因素较多,在一定程度上能够克服ASME B31G标准的保守性,保证安全运行。ASME B31G标准不适用于评价管道材质等级较高的管道,如X70、X80管道。
ASME B31G标准主要适用于缺陷深度小于实际壁厚80%的孤立的、外形平滑的、低应力集中的腐蚀缺陷;对于非孤立的多个腐蚀缺陷,ASME B31G标准将这些缺陷视为同一个腐蚀缺陷进行评价,取多个腐蚀缺陷中的最大深度作为腐蚀缺陷深度,取多个腐蚀缺陷的总长度作为腐蚀缺陷长度,并将其代入到评价标准中进行评价。所以,对于非孤立腐蚀缺陷,采用ASME B31G标准的评价结果比采用独立缺陷的评价结果更加保守。
ASME B31G标准不适用于评价焊缝及由于管道焊接引起的热影响区域;不适用于评价长度较长的腐蚀缺陷和非均匀腐蚀;不适用于特殊类型和位置的缺陷,如裂纹、折皱、轧头、疤痕、夹层等处以及机械损伤引起的缺陷。ASME B31G标准曾在我国的长输油气管道发展中得到广泛应用,如东黄老线的重启动。
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。
