气田金属管道腐蚀缺陷评价方法适用性分析

贺焕婷 王旭 丛蕾旭 何翔 漆翔 刘忠磊 刘思源

1青海油田钻采工艺研究院

2青海油田采油三厂

3青海油田采油四厂

金属腐蚀缺陷给管道安全运行带来的隐患是管道行业普遍关注的问题。因此，找到一种适用于气田金属管道腐蚀缺陷评价方法尤为重要[1-2]。管道金属腐蚀缺陷评价是管道完整性评价中的关键环节之一，现国内外管道金属腐蚀缺陷评价所采用的的标准和方法众多，且各评价方法都具有各自的适用范围[3]。为分析各评价方法在气田金属管道中是否可以准确评价管道金属腐蚀缺陷的实际状况，需对现有管道金属腐蚀评价方法进行适用性分析，以加强和规范气田金属管道的完整性管理，进一步提高管道完整性管理水平。

1 金属腐蚀缺陷评价方法

目前，对于管道金属腐蚀缺陷评价，国内外常用的评价方法有：NG-18 方程、ASME B31G 标准、Rstreng 有效面积法、Rstreng0.85dL 方法（修正版的ASME B31G标准）、DNV RPF101方法等[4-6]。

1.1 NG-18方程

NG-18是用于评估腐蚀管道失效压力的最早标准[7]。轴向表面缺陷的腐蚀管道失效压力计算见公式（1）。

式中：p为失效压力，MPa；σflow为流动压力，MPa；t为壁厚，mm；D为管径，mm；A为腐蚀面积投影，无量纲；A0为腐蚀管段长度范围内的面积(tL)，mm2；M为鼓胀因子；d为最大腐蚀深度，mm；L为缺陷轴向长度，mm。

金属体积型缺陷示意图如图1所示。

图1 金属体积型腐蚀缺陷示意图Fig.1 Schematic diagram of metal volume corrosion defects

1.2 ASME B31G标准

ASME B31G 标准是美国机械工程师协会通过对NG-18 方程进行改进后所得的新的腐蚀管道评价准则，ASME B31G—1984 标准中腐蚀管道失效压力的计算见公式（2）[8]。

式中：σflow=1.1SMYS（管材最小屈服强度）；A=2/3dL；。

采用ASME B31G—1984 标准计算时必须满足以下两个条件：①流动应力为l.lSMYS；②管道腐蚀缺陷部位的金属损失用腐蚀投影面积表示：腐蚀缺陷短时，腐蚀投影面积简化为抛物线所包围的面积，即2/3dL；当腐蚀缺陷较长时，投影面积被简化为矩形区域，即dL。不同长度的腐蚀缺陷下投影面积的计算方法不同，使得计算公式出现了一定的差异性[9]。

1.3 Rstreng 0.85dL(ASME B31G—2012)

Rstrengtg 0.85dL方法是在ASME B31G—1984的基础上，在对86 组不同形状腐蚀缺陷的管道试验基础之上进行改进后提出的。Rstreng 0.85dL方法就是改进的B31G 方法，即ASME B31G—2012。其计算见公式（3）[10-11]。

1.4 DNV RP-F101方法

DNV RP-F101 方法针对复杂形状的、单个的和存在互相影响的管道中多个复杂的腐蚀缺陷进行计算。管道的内部压力及管道承受的弯曲载荷和轴向载荷在该公式中均被充分考虑。其计算公式见式（4）[12-13]。

1.5 PCORRC方法

PCORRC 方法是一种由美国Battle 实验室开发的管道剩余强度评估方法。它主要用于评估中高强度钢质管道由于塑性失稳而导致的管道的失效[14-15]。失效压力的计算公式见式（5）。

式中：σflow为SMYS/0.9；R为管道半径。

2 各评价方法的比较

将以上评价方法的计算公式进行对比，对比结果见表1。每种方法的计算公式的差异主要体现在三个方面：流动应力的值，腐蚀区域的投影方法及鼓胀因子的计算方法[16-18]。

表1 评价计算公式对比分析Tab.1 Comparative analysis of the evaluation calculation formulas

3 计算方法的适用性分析

某气田现有金属管道共14 条，材质以L360（X52）及L415（X60）居多，强度最大的材质为L415（X60）。为了综合对比分析现有腐蚀管道失效压力计算方法在该气田金属管道上的适用性，选取近年来进行过漏磁内检测的4条金属管道（台南高压输气管道（X52）、柴北缘输气管道（X60）、两东输气管道（X60）、马仙输气管道（X52））为研究对象来进行分析，取4条管道中含腐蚀缺陷的不同管段，分别使用上述各方法计算其预测失效压力。各管道的具体参数见表2。

表2 各管道缺陷参数信息Tab.2 Defect parameter information of each pipeline

通过采用ASME B31G 标准、Rstreng0.85dL 方法、DNV RP-F101、PCORRC 方法在4 条管道中含腐蚀缺陷的不同管段上计算其失效压力。从图2的计算结果可以看出，以上方法计算结果的保守性均随着缺陷深度比(d/t)的增大而缓慢降低。ASME B31G 标准计算结果的保守性最大，Rstreng 0.85dL方法和DNV RP-F 101 的计算结果非常接近，但Rstreng 0.85dL方法的计算结果保守性更居中，DNV RP-F101 的计算结果保守性最低。当缺陷深度比增大时，PCORRC方法的计算结果出现了冒进的现象[19-20]。当缺陷深度比逐渐增大时，冒进的现象出现在PCORRC方法的计算结果中[19-20]。

图2 各计算方法在不同管道的计算结果Fig.2 Calculation results of different calculation methods in different pipelines

与老版ASME B31G 相比，RSTRENG 0.85dL 方法中的腐蚀投影面积用0.85dL取代了2/3dL，采用了修正的流动应力值和鼓胀系数，相对于ASME B31G 方法、RSTRENG 0.85dL方法的计算结果就不再保守[21]。

为了进一步分析以上五种评价方法在该气田金属缺陷管道中的适用性，计算出各评价方法预测结果的压力比A（实际失效压力/计算失效压力），实际失效压力的计算采用同管径、同管材、同壁厚及模拟同缺陷的现场水压试验结果数据，具体参数见表3。计算结果如图3所示。

表3 各管道缺陷水压试验失效压力参数信息Tab.3 Failure pressure parameter information of various pipeline defects in hydraulic test

通过图3 可以看出，针对该气田4 条金属管道的压力比计算，以上4种评价方法计算压力比A的离散性由低到高依次是：DNV RP-F101、ASME B31G标准、Rstreng0.85dL方法、PCORRC方法。此外，ASME B31G 标准的保守性最大，在管道实际工程应用中可能会导致不必要的维修维护和管道更换，Rstreng0.85dL方法通过适当调整安全系数改进了评价方法的保守性问题[22-23]。

图3 各方法计算结果的压力比Fig.3 Pressure ratios calculated by each method

从不同评价方法计算结果的准确性、保守性综合考虑，并结合气田金属管道的具体管材，Rstreng0.85dL方法更适合用于该气田材质为X60和X52的金属管道腐蚀缺陷评价。

4 结论

（1）含金属腐蚀缺陷管道的评价方法具有一定的差异性，不同的评价方法有不同的使用范围。金属腐蚀缺陷的各种评价方法计算公式的差异性主要体现在不同的流动应力、腐蚀面积投影方式以及鼓胀因子三个方面。

（2）从计算结果的保守性、准确性综合考虑，Rstreng 0.85dL方法更适合用于该气田材质为X60和X52的金属管道腐蚀缺陷评价。