长距离原油输送管道热应力测试与安全评定

郭敬超

【摘 要】目前，石油与天然气最经济最安全的运输方式是管道运输。随着我国经济的快速发展，我国对能源的需求是越来越大，因此管道发展的趋势是朝着口径以及高压储存的方向在发展。长距离输油管道的安全问题显得是尤为的突出。辽河油田油气集输公司输油管线近期频繁发生埋地热油管道弯管漏油事故，反映出该管道的原始设计、施工等方面存在薄弱环节。长输管道的质量直接关系到长输管线的安全，一旦发生事故，不仅会对环境造成非常大的污染，还会非常严重的威胁到人们的生命安全，为使埋地热油管道安全稳定运行，必须对该管道进行全面系统地安全性评估，所以对长距离输油管道进行热应力测试以及安全评定是非常有必要的。

【关键词】长距离;原油输送管道;安全评定

油气集输公司输油管线近期频繁发生埋地热油管道弯管漏油事故，反映出该管道的原始设计、施工等方面存在薄弱环节。进行长距离输油管道的压力管道通常都是强腐蚀性、高压、高温、易爆、易燃以及有剧毒的介质，因此长距离输油运输管道一旦发生爆炸或者泄露，就会引起严重的安全事故。然而随着我国经济的快速发展，我国的长距离输油管道越来越多。但是长期以来我国的输油管道管理制度不是非常的完善，而且管理技术也是落后的，导致管道的质量是参差不齐，最终也导致我国的长距离输油管道频繁的发生泄露或者爆炸等安全事故。如果缺陷得不到恰当的处理的话，不仅仅是浪费了大量的人力和财力，还会存在重大的安全隐患问题。虽然很多管道方面的技术人员对于管道缺陷问题有着非常丰富的经验，但是由于缺乏相关评价标准，让这些技术人员对这些问题没有一个科学评价的依据。因此考虑到安全问题，技术人员就直接换掉了依然可以继续使用的长距离输油管道。因此对管道的安全评定，可以大大的节约人力物力以及财力。为使埋地热油管道安全稳定运行，必须对该管道进行全面系统地安全性评估。本论文对多种角度弯管在给定位移载荷（应变载荷）作用下不同截面位置的应力应变进行了现场测试，同时采用数值模拟手段对其进行了校核。在该基础上对实际管线在实际工况下的运行时应力与变形的分布进行了数值模拟，取得了较好的效果。

1 国外的压力管道安全和评定

国外关于压力管道的安全评定工作正式全面开启是在上个世纪的20年代，同样频发安全事故的核电站就成了管道安全评定工作进行的参照基础。这项研究迅速在美、德、法、日等发达国家展开序幕。其中，美国对管道退化后的性能及安全及管道的焊接处等细节的研究，德国对压力管道的安全和评定，日本的管道安全性能研究等都是比较成功的压力管道研究。

美国的管理委员会在和Battelle Columbus Labo等研究机构制定好研究计划、达成合作意向后，展开了管道安全的研究和安全评定。之后的一段时间内，又展了研究退化管道性能和焊接处的短裂纹研究计划。其中，退化管的研究很好的解决了应力腐蚀裂紋的出现对于不锈钢管的安全评定的影响，减少了危险事件的发生。从繁琐而复杂的研究过程中，得出了一个特别重要的成果----“铁素体钢管道缺陷验收标准（ASME XI IWB3650）”;与此同时也证明了之前提出的“奥氏体钢管道缺陷的验收标准”的准确性与科学性。20世纪80年代，美国管理协会开始要求对于官道之间焊裂缝中短裂纹的研究工作的开展。这项研究的全面完成实在四年后，值得高兴的是，研究成果对于含周向裂纹的管道还有直径较大的管道的安全评定同样适用。

德国的研究成果全部收纳在国立资料研究所，它是德国内所有研究成果的汇合地。德国的管道研究发起机构是国家核工业安全委，对管道事故的具体发生地点、原因、以及失效形式的详细研究并制定核电站的相关研究计划。研究得出的防止断裂评定概念和基本安全概念使得管道安全得到了更高程度的保障，成为德国管道安全评定方面研究的权威性定义。

1975年压力管道安全评定研究在日本全面展开，研究内容包括裂纹稳态扩展性能、管道疲劳症状、断裂时的反冲撞击以及对于管道的破坏性等，对管道整体的基本性能和安全性做出了详细切科学的研究，使得日本在管道安全评定方面的研究进入到新的阶段。

国际方面的管道安全评定研究是由美国带起的，涉企八个国家的整体研究计划，研究管道在地震工况条件下的状态，研究成果为八个国家共享。这个国际性的研究计划经过三个阶段分别展开，1987年到1991为研究的第一阶段，研究工作比较顺利的完成了。之后第二阶段的研究工作到1995年也顺利宣告结束。但是第三阶段的研究却由于资金方面的原因未能如期展开。

2 国内的研究现状

我国对压力容器的安全评定研究工作在20世纪70年代开始展开，对管道的研究直到“九五”期间才在华东理工大学全面展开。华东理工大学的专家学者制定了系统的研究计划，对压力管道的各个组成部分、细节等性能还有安全系数作了系统地研究，得出的研究成果为压力容器的安全评定标准和管道缺陷额评定标准的制定提供了很好的资料和数据。近年来，管道安全评定更是随着石油业的发展大规模的开展开来，研究更是不断深入，研究成果也不断刷新了我国的管道研究历程。

其中，郑翔宇学者的研究以ANSYS限元软件为载体，对管道进行非线性的研究分析，编写出参数化的程序;低碳钢在含有未焊透的缺陷下，它的应力分布情况和塑性极限载荷等性能在不同载荷、不同参数条件下的变化;并通过正交实验方法研究管道对其应力的分布情况和塑性区扩展情况，参照是有限元计算的数据结果，对不同参数对管件极限载荷的影响规律做出详细科学的概括总结。

王柄英学者的研究以BS7910的评定标准为主，结合合于使用的原则，对X80管线钢和焊接接头断裂的柔韧性进行研究。并且运用FAD图做评定方法，对其细节处的表面裂纹和深埋裂纹进行初级和二级的安全评定工作。并将服役载荷在应力集中的条件且还有残余力影响下的深埋数据和表面容许裂纹的尺寸计算了出来。使得管道安全评定和研究工作在细节方面又进了一步。

3 含缺陷管道失效评定规范

3.1国外的相关评定规范

含缺陷管道以及压力容器的断裂失效评定因为断裂力学的研究和发展进行的更加科学，压力容器缺陷的评定技术研究在全世界内大范围的展开是在20世纪70年代初，并且在之后的不断研究中，评定方法得到了不断的发展。

3.2国内相关的评定标准

我国缺陷管道评定工作的研究开展得比较晚，但实践经验却并不贫乏，研究成果也颇丰。目前，为业内人士普遍接受的相关评定规范分别是1984年出台的《压力容器缺陷评定规范》CVDA-1984和2004年出台的《在用含缺陷压力容器安全评定》GB/T 19624-2004。其中，COD是《压力容器缺陷评定规范》CVDA-1984的理论基础，这个标准很好的适应了当时的科技现状。《在用含缺陷压力容器安全评定》GB/T 19624-2004的出台是给韩缺陷管道和压力容器在特定的施工条件下能否放心安全地使用提供理论依据，以最弱环和合于使用为基本原则，并且富有较强的实践性。

4 结论

当前，在一些长距离输油管道中检测到气孔、未焊透、未熔合、裂纹缺陷以及夹渣等缺陷。这这些含有缺陷的长距离输油管道如何正确的利用已经是一个不能回避的问题了。对于这些缺陷如果不能够得到合理的处理，将会引起非常大的安全事故。对于一些虽然存在缺陷，但是还是在标准允许范围内的，暂时不会引起安全事故的，可以使其接着使用，但是由于缺乏合理的标准，导致最终不敢使用，因此造成了经济损失。

参考文献：

[1]蒋家欣.长输管道安全运行及数据分析研究[J].石化技术，2020，27（02）：171-172.

[2]刘杨.原油输送管道途中加热方案的优选[J].化学工程与装备，2018（04）：112-113.

（作者单位：国家管网集团东部原油储运有限公司邹城输油处）