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杭州湾海底管道是中石化甬沪宁管网的重要子工程,也是我国孔径最大的长距离海底原油输送管道。由于特殊的地理自然环境,杭州湾海底管道的安全性问题是甬沪宁管网的正常运行的关键所在,也是中国石油化工股份有限公司以及社会各界关注的热点。
腐蚀失效是海底管道失效的主要原因之一,然而在极其复杂的海洋环境中,腐蚀又是不可避免的,因此对含腐蚀缺陷海底管道进行结构完整性研究具有重要的工程应用价值。本文的研究是“杭州湾海底管道安全运行与风险管理技术研究”项目的一部分,研究同时得到了国家高技术研究发展计划(863计划)和中国石油化工股份有限公司科技开发部资助。本文的题目是“杭州湾海底管道腐蚀失效分析及其寿命预测”,通过对含腐蚀缺陷的海底管道的结构完整性评定的研究,得出杭州湾海底管道的安全状况,并通过对不同失效模式下的腐蚀剩余寿命的研究,为管道的运行和维护提供决策依据。本文的主要研究内容及部分结论如下:
(1)分安全系数(PSFs)法作为一种简便的处理结构完整性评定中参数不确定性的方法,有效地减少了评定过程中所需评定参数的数量和计算的工作量,仍然具有较强的工程应用价值。本文分析了API579和BS7910的分安全系数的来源,给出了基于一次二阶矩法(FOSM)的分安全系数求解方法,实例表明该方法能简便有效的计算出相应的分安全系数值。
(2)面型缺陷是海底管道在服役过程中最常见的缺陷类型,也是最危险的一种缺陷,本文基于BS7910的基本原理利用分安全系数对管道中常见的焊缝表面环向裂纹进行了评定,给出了含不同裂纹尺寸时杭州湾海底管道的安全可接受性。评定结果表明杭州湾海底管道的三条并行管道(ψ273.1mm,ψ711.2mm和(ψ762mm)的裂纹临界深度值分别为3.1mm,3.1mm和2.6mm(以α/2c=0.1为例)。
(3)本文根据DNV-RP-F101的体积型缺陷评定的分安全系数法对杭州湾海底管道可能出现的体积型缺陷进行评定,并给出了含不同尺寸的凹坑缺陷时杭州湾海底管道的安全工作压力。评定结果表明杭州湾海底管道的三条并行管道(ψ273.1mm,ψ711.2mm和ψ762mm)的凹坑临界深度值分别为4.6mm,5.8mm和2.0mm(以凹坑长度L=200,宽度C=20为例)。
(4)根据DNVRP-G101以及应力腐蚀试验的结果,确定了杭州湾海底管道的体积型缺陷及应力腐蚀裂纹的扩展速率,并在此基础上运用概率安全评定的方法,对杭州湾海底管道的腐蚀失效概率的变化趋势进行了计算,对剩余寿命做出了预测。结果表明:三条并行管道(ψ273.1mm,ψ711.2mm和ψ762mm)均匀腐蚀的剩余寿命分别为11.1年、12.0年和10.9年;管道SCC剩余寿命分别为3287.1小时、4098.5小时和3921.7小时(以无损检测中发现裂纹的α/2c=0.1、α/B=0.02为例)。