第２８卷第１０期
２００８年１０月
煤气与热力
ＧＡＳ＆ＨＥＡＴ
Ｖ０１．２８Ｎｏ．１０
Ｏｃｔ．２００８
在役压力管道腐蚀剩余强度的评估
王文霞
（天津市燃气集团有限公司，天津３０００７０）
摘要：
通常采用腐蚀管道剩余强度的估算方法来评价腐蚀管道的安全性，预测管道的剩余
寿命。描述了管道腐蚀失效的数学模型和腐蚀管道的可靠性数学模型。结合工程实例，将影响管道剩余强度的参数看成是正态分布或对数正态分布，分析了各个参数对管道可靠性的影响程度。
关键词：压力管道；腐蚀缺陷；中图分类号：ＴＵ９９６
可靠・ｔＡ；剩余强度
文章编号Ｉ１０００－４４１６（２００８）１０－０１１０７一０４
文献标识码：Ａ
ＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＲｅｍａｉｎｉｎｇＣｏｒｒｏｓｉｏｎＳｔｒｅｎｇｔｈｏｆＩｎ－ｓｅｒｖｉｃｅ
‘
ＰｒｅｓｓｕｒｅＰｉｐｅｌｉｎｅ
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｒｅｍａｉｎｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｃｏｒｒｏｄｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅｉｓｕｓｕａｌｌｙｕｓｅｄ
ｔｏ
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ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｆａｉｌｕｒｅａｎｄｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏｒｒｏｄｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅ
ｌｉｆｅ．Ｔｈｅ
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ｐｉｐｅｌｉｎｅ；
ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｄｅｆｅｃｔ；
ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；ｒｅｍａｉｎｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈ
１概述
目前我国在役的压力管道大部分已服役多年，将陆续进入事故高发期，不可避免地存在原始的或使用过程中出现的各种各样的缺陷，如体积型缺陷及平面型缺陷¨Ｊ。缺陷的存在降低了管道的强度，给管道的安全运行带来隐患。腐蚀缺陷是在役压力管道主要失效形式之一。
为了解在役压力管道的腐蚀情况，确定腐蚀对管道结构完整性的危害程度，有必要对管道的剩余强度进行评估，以获悉管道的剩余寿命，避免盲目更换管道带来的巨大浪费。对在役腐蚀管道进行剩余强度评估是管道安全性评估和适用性评估的重要组成部分，其目的在于研究腐蚀缺陷能否在某一操作压力下允许存在，以及在某一操作压力下允许存在的最大缺陷尺寸，从而科学地指导制定管道维修计划和安全管理。由于管道腐蚀的复杂性，影响管道
剩余强度的因素较多，本文通过建立管道腐蚀失效模型，分析引起管道失效的各种不确定因素，以及这些参数变化对管道剩余强度的影响，即可靠性分析。
２管道腐蚀失效
管道腐蚀缺陷在周向的宽度对管道的承压能力影响不大‘２｜，一般不予考虑，因而用于描述管道腐蚀缺陷的基本参数是缺陷的深度和长度，如图１所
示。
图１腐蚀管道示意图
图中卜—叫时刻在管道轴向上的腐蚀缺陷长度，
ｍｍ
・Ｂ０７・
－／３
第２８卷第１０期煤气与热力
￡＝Ｌｏ＋Ｒ￡（ｔ—ｔｏ）
ｗｗｗ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｒｎ
矗——ｔ时刻在管道径向上的腐蚀缺陷深度，（６）
卜管道的壁厚，ｍｍ
卜一管道服役时间，年
①失效数学模型
．
ｍｍ
式中ｋ——％时刻的腐蚀缺陷深度，ｍｍ
Ｒ。——径向腐蚀速率，ｍｍ／ａ
％——历史记录最后一次检测缺陷深度和长
度时的管道服役时间，ａ
有效面积法被广泛用于评估含腐蚀缺陷管道的安全性，该方法认为，当缺陷处的周向应力达到材料的流变应力时管道发生失效。腐蚀管道的失效周向应力可由下式进行估算［３］：
厶叫。时刻的腐蚀缺陷长度，ｒａｉｎ
Ｒ￡——轴向腐蚀速率，ｍｍ／ａ
对于压力管道，如果管道的壁厚相对于管径很
小，那么腐蚀管道的失效压力可根据下式计算旧】：
Ｏ＇ｐ
２听ＩＡ
ｌ一孚
０１’
ｐｆ＿２譬
式中ｐ广一腐蚀管道的失效压力，ＭＰａ
Ｄ——管道外径，ｌ眦
（２）（３）
（７）
‘ＡｏＭ
Ａ＝ｎＡ。＝伤
将式（１）。（４）代入式（７），得到Ａ。其中，鼓胀系数Ｍ可由下式计算㈨：
矿：——材料的流变应力，ＭＰａ
Ａ——缺陷在壁厚纵向截面上的投影面积，
ｍｍ２
当泰≤５０时，
Ｍ＝１＋０．６２７
‘
５历Ｚ２一ｏ．００３
ｒ‘
７５（翻ｎ５
Ａｏ——缺陷深度为壁厚时在壁厚纵向截面上
卜Ｆｏｌｉ鹪鼓胀系数，无因次
的投影面积，ｍｍ２
当彘＞５０时，Ｍ＝０・０３２南ｎ
如果管道的安全系数为Ⅳ－，那么在役腐蚀管道的最大允许压力为：
ｐｆ
当在役腐蚀管道的应力水平低于盯。时，表明该
段管道还能继续使用。由式（Ｉ）可知，腐蚀管道的失效应力计算主要考虑３个方面的因素：材料的流变应力、缺陷在壁厚纵向截面上的投影面积和鼓胀系数。根据对这３个因素采取不同的处理办法，可产生多种管道腐蚀剩余强度的估算方法。
一些研究人员通过不断试验，发现式（１）中采用流变应力ｔｌｒ，，会使评估结果过于保守【４咱］，他们建议采用下式修正ｃｒｆ。
ｔｒｉ＝盯ｙ＋６８．９５
ｐ－２瓦
Ⅳ．——管道的安全系数②腐蚀管道的可靠性数学模型
（８）
式中ｐ。——在役腐蚀管道的最大允许压力，ＭＰａ
假定管道的实际操作压力为Ｐ。，则描述在役腐
蚀管道的极限状态可用下面的函数来描述ｕ０１：
ｆ（ｐｆ，ｔ）＝ｐｆ－ｐ。
（９）
式中ｐ。——管道的实际操作压力，ＭＰａ
（４）
式中∥，——材料的屈服极限，ＭＰａ
在役压力管道的腐蚀程度主要取决于管道材料、输送介质的性质以及周围环境因素。随着管道
当Ｐ，＞ｐ。时，ｆ（Ｐ，，￡）为正值，含腐蚀缺陷的管
道安全；当ｎ＜ｐ。时以Ｐ，，ｔ）为负值，含腐蚀缺陷的
管道不安全，即管道失效。
以ｐ，，ｔ）被称为结构功能函数。
目前，定量计算可靠度的方法通常基于可靠性安全指标口而得出，主要有一次二阶距法和Ｍｏｎｔｅ—Ｃａｒｌｏ数值模拟法。可靠性安全指标卢按下式计算：
使用年限的增加，腐蚀缺陷的范围在逐年扩大。研
究表明０７、引，在腐蚀发生初始阶段（少于１年），腐蚀
速率较大，而后腐蚀过程趋于平稳状态。这样，可记
录最后一次（％时刻）检测到的缺陷深度和长度，则
管道服役若干年后（ｔ时刻）腐蚀缺陷的深度和长度
分别为：
ｈ＝ｈｏ＋Ｒ＾（ｔ—ｔｏ）
（５）
式中
卢＝警
（１０）
届一可靠性安全指标，无因次
・Ｂ０８・
嗍．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｍ
王文霞：在役压力管道腐蚀剩余强度的评估第２８卷第１０期
胁——结构功能函数的平均值，ＭＰａｓ——结构功能函数的标准差，ＭＰａ・
孟
罨
＆
３工程实例
天津市燃气集团有限公司在２０００年—２００６年，对在役管道的泄漏原因进行了统计（见表１）。通过统计数据看出，导致燃气管道泄漏的主要原因就是管道腐蚀。因此，很有必要对在役管道的腐蚀剩余强度进行评估，科学管理，减少燃气管道的安全事故，避免不必要的更换改造。
裹１
２０００年—２００６年天津燃气管网泄漏情况统计次年份２０００年２００１年２００２焦２００３年２００４年２００５薤２００６薤
腐蚀漏气焊口开裂外力破坏
２６７２３４２８７３０６２４５２５４２８４
１４８１２８１０７２１
１５１６８１７１１４３
长
出
基
嫫斗＜
堪帮瓤
图２在不同缺陷长度下管道最大允许压力与
使用年限的关系
己
其他
２０６４２３６１２６８
合计
３１６３２２３３０３３７２７８２７１３１６
罨
《・Ｒ出
基嫫斗＜堪捌瓤
在役管道使用年限如
图３在不同缺陷深度下管道最大允许压力
与使用年限的关系
为了评估在役腐蚀管道的剩余强度，了解影响
腐蚀管道剩余强度的各个因素，采用上述数学模型对某一在役腐蚀管道进行分析。对该腐蚀管道采用超声波技术进行周期性检测，每次均记下检测时间、腐蚀缺陷的深度和长度。最后一次进行检测时，该管道已经运行１０年（即ｔ。＝１０年）。将以前记录的
全部数据进行处理，结果见表２。分析结果见图２—
５。
表２腐蚀管道的各个参数名称
％时刻的腐蚀缺陷深度ｈｏ／ｍｍ
分布特征正态分布正态分布正态分布正态分布正态分布正态分布正态分布对数正态分布
均值
３２０００．１Ｏ．１５６２５１０４２３
图４在不同管径的腐蚀管道的可靠性
随使用年限的变化
啦爆靼剞馘掣辑
詹捌
岛时刻的腐蚀缺陷长度ｋ／姗
径向腐蚀速率Ｒ。／（ｍｍ・ａ。）
轴向腐蚀速率Ｒ。／（蛐・ａ。）
管道实际操作压力ｐｏｐ／ＭＰａ
管道外径Ｄ／ｍｍ管道壁厚８／ｍｍ材料屈服极限口，／ＭＰａ
舢
该管道的安全系数Ⅳｌ＝２．０。图２为在不同缺
陷长度下管道最大允许压力与使用年限的关系。由
图２可知，在不同的缺陷长度下，腐蚀管道的最大允许压力随着使用年限的增加呈近似线性下降趋势。
管道的操作压力为５ＭＰａ，腐蚀缺陷长度为２００ｍｍ时，该段管道的使用寿命约２３年。为了确保管
图５不同壁厚的腐蚀管道的可靠性随使用年限的变化
道的安全运行，需要对缺陷进行修补或者减小操作压力。当缺陷长度分别为３００ｍ／ｎ和４００ｍｉｌｌ时，腐蚀管道的最大允许压力随使用年限的变化相差不
大。由此可知，腐蚀缺陷长度对管道最大允许压力
・Ｂ０９・
第２８卷第１０期煤气与热力
ｒＬ３
１Ｊ
ｗＷｗ．ｗａｔｅｒｇ＿ａｓｈｅａｔ．ｃｏｒｎ
的影响较小。图３为在不同缺陷深度下管道最大允
ＭＯＫＤＲＢ，ＰＩＣＫＲＪ，ＧＬＯＶＥＲＡＧ．Ｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｌｉｎｅ
许压力与使用年限的关系。由图３可以看出，在管
道的操作压力为５ＭＰａ，腐蚀缺陷的深度为３
ｍｍ
ｒＬ４
ｐｉｐｅ
ｗｉｔｈｌｏｎｇｅｘｔｅｒｎａｌ
ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
Ｐｅｒｆｏｒｍ－
ａｎｃｅ，１９９０，（５）：７５—７９．
ＣＯＵＬＳＯＮＫＥ
时，管道的使用寿命约３４年；而当缺陷深度变为４
ｍｍ时，管道的使用年限就缩短为２４年。由此可
Ｗ．ＷＯＲＴＨＩＮＧＨＡＭＲＧ．Ｓｔａｎｄａｒｄ
ｄａｍａｇｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔａｐｐｒｏａｃｈｉｓｏｖｅｒｌｙＯｉｌ
ｒＬ５
１ｌｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ［Ｊ］．
知，腐蚀缺陷深度对管道的剩余强度影响较大。图
４为不同管径的腐蚀管道的可靠性随使用年限的变化。图５为不同壁厚的腐蚀管道的可靠性随使用年限的变化。从图４、５可以看出，腐蚀管道的可靠性随着管道直径的增加而降低，随着管道壁厚的增加而提高。总之，腐蚀管道的剩余强度随着管道使用年限的增加而降低。
ｒＬ７
１Ｊ
ａｎｄ
Ｇａｓ
Ｊｏｕｒｎａｌ，１９９０，（９）：５４—５９．
Ｊ，ＨＩＳＥＹＤＴ。ＫＩＥＦＮＥＲＪＦ．Ｍｅｔｈｏｄｆｏｒ
Ｏ’ＧＲＡＤＹＴ
ｅｖａｈａｔｉｎｇｃｏｒｒｏｄｅｄｐｉｐｅａｄｄｒｅｓｓｅｓｖａｒｉｅｔｙｏｆｐａｔｔｅｒｎｓ
［Ｊ］．Ｏｉｌ
ｒＬ６
１Ｊ
ａｎｄ
ＧａｓＪｏｕｒｎａｌ，１９９２，（１２）：７７—８２．Ｊ，ＨＩＳＥＹＤＴ，ＫＩＥＦＮＥＲＪＦ．Ｐｒｅｓｓｕｒｅ
Ｏ’ＧＲＡＤＹＴ
ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｃｏｒｒｏｄｅｄ
ｐ啦ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ［Ｊ］．Ｏｉｌ
ａｎｄ
Ｇａｓ
Ｊｏｕｒｎａｌ，１９９２，（１９）：８４—８９．
ＳＨＥＩＣＫＨＡＫ，ＨＡＮＳＥＮＤＡ．Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｐｉｔｔｉｎｇｃｏｒｒｏｓｉｏｎ
４结论
在役管道由于受到周围环境因素的影响而出现腐蚀缺陷，缺陷的存在降低了管道的强度。腐蚀缺
ｒＬ８
１Ｊ
ａｎｄｐｉｐｅｌｉｎｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ
Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９０，７６（３）：１９０—１９７．
ＡＨＡＭＭＥＤＭ．Ｐｍｂａｂｉｌｉｓｔｉｃｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｏｆ
ａ
ｒｅｍａｉｎｉｎｇ
ｌｉｆｅ
陷的长度对管道剩余强度的影响不大，缺陷的深度对管道剩余强度有较大的影响。在其他参数不变的
情况下，管径增加会降低管道的可靠性，而增加壁厚会提高管道的可靠性。对在役压力管道腐蚀剩余强度的评估，可以了解在役管道的安全程度，预测管道
ｒＬ９
１Ｊ
ｐｉｐｅｌｉｎｅｉｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆａｃｔｉｖｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｄｅｆｅｃｔｓ
ｏｆＰｒｅｓｓｕｒｅＶｅｓｓｅｌｓａｎｄＰｉｐ－
［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｉｎｇ，１９９８，（７５）：３２１—３３０．
ＡＳＭＥＢ３１Ｇ，Ｍａｎｕａｌｆｏｒ
ａｓｓｅｓｓｉｎｇｒｅｍａｉｎｉｎｇｓｔ弛ｎｇｔｈ
ｏｆ
ｃｏｒｒｏｄｅｄｐｉｐｅｓ［Ｓ］．
ｒＬＫ
１Ｊ
的剩余寿命，从而对在役管道进行正确的防腐决策。
参考文献：
［１］
刘海峰，王毅辉．在役油气压力管道腐蚀剩余强度评价方法探讨［Ｊ］．天然气工业，２００１，２１（６）：９０—９２．
［２］ＣＨＯＪＪ
Ｂ，ＣＯＯＢＫ，ＫＩＭ
李季华．可靠性数学［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社。１９８８．
作者简介：王文霞（１９６５一
工程师，理工作。
电话：（０２２）２３３４８５１９Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｗｘｚｊｙ＠１２６．ｃｏｒｎ
学士，
），女，天津人，高级从事燃气输配工程技术管
ＪＣ，ｅｔａ／．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ
ｌｉｍｉｔｌｏａｄｓｏｌｕｔｉｏｎｓｆｏｒｃｏｒｒｏｄｅｄｇａｓｎａｔｉｏｎａｌ
ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒ－
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｒｅｓｓｕｒｅＶｅｓｓｅｌｓａｎｄＰｉｐｉｎｇ，２００３，
（８０）：１２１—１２８．收稿日期：２００８—０５—１１；修回日期：２００８—０５—３０
・标准规范简讯・
《蓄冷空调工程技术规程》行业标准发布
２００８年８月５日，住房和城乡建设部发布《蓄冷空调工程技术规程》行业标准，编号为ＪＧＪ
自２００８年１２月１日起实施。
该规程由住房和城乡建设部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃａｂｐ．ＣＯＩｌｌ．Ｃ１１）出版发行。
（本刊通讯员供稿）
１５８－－－２００８，
・Ｂ１０・
在役压力管道腐蚀剩余强度的评估
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
王文霞， WANG Wen-xia
天津市燃气集团有限公司,天津,300070煤气与热力GAS & HEAT2008，28(10)0次
参考文献(10条)
1.刘海峰.王毅辉 在役油气压力管道腐蚀剩余强度评价方法探讨[期刊论文]-天然气工业 2001(06)
2.CHOJ J B.COO B K.KIM J C Development of limit load solutions for corroded gas pipelines 2003(80)3.MOK D R B.PICK R J.GLOVER A G Behavior of line pipe with long external corrosion 1990(05)4.COULSON K E W.WORTHINGHAM R G Standard damage assessment approach is overly conservative 1990(09)5.O' GRADY T J.HISEY D T.KIEFNER J F Method for evaluating corroded pipe addresses variety ofpatterns 1992(12)
6.O' GRADY T J.HISEY D T.KIEFNER J F Pressure calculation for corroded pipe developed 1992(19)7.SHEICKH A K.HANSEN D A Statistical modeling of pitting corrosion and pipeline reliability 1990(03)8.AHAMMED M Prohabilistic estimation of remaining life of a pipeline in the presence of activecorrosion defects 1998(75)
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本文首先对 B31G 方法进行了回顾、总结，分析 B31G 评价公式中流动应力、鼓胀系数等的影响规律。利用管道爆破实验结果验证原始B31G、修正B31G 及 DNV 三种评价方法，评价结果表明三种方法预测结果存在较大差异，同时指出三种评价方法的局限性，并且应用 Microsoft Visual Basic 6.0开发了相应的评估软件。其次，利用有限元分析软件 ANSYS 对腐蚀管道的失效进行有限元分析。结合缺陷的具体形状，采用三维六面体等参单元建立合适的有限元模型，利用基于塑性的失效准则确定失效压力。通过计算分析，将计算结果与三种方法预测结果进行比较，可知有限元法对于各种情况均可得到与实际比较吻合的结果。最后，分析了几种典型体积型缺陷尺寸参数对腐蚀管道失效压力评价结果的影响。
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10.期刊论文 舒安庆.王(韦华).魏化中.SHU An-qing.WANG Wei.WEI Hua-zhong 含腐蚀缺陷燃气管道极限载荷的有限元分析 -武汉工程大学学报2008,30(2)
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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_mqyrl200810017.aspx
授权使用：中国石油大学（华东）图书馆(zgsydxhdtsg)，授权号：2de3a449-33e6-491c-890d-9e5c00f1f524
下载时间：2010年12月30日
第２８卷第１０期
２００８年１０月
煤气与热力
ＧＡＳ＆ＨＥＡＴ
Ｖ０１．２８Ｎｏ．１０
Ｏｃｔ．２００８
在役压力管道腐蚀剩余强度的评估
王文霞
（天津市燃气集团有限公司，天津３０００７０）
摘要：
通常采用腐蚀管道剩余强度的估算方法来评价腐蚀管道的安全性，预测管道的剩余
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可靠・ｔＡ；剩余强度
文章编号Ｉ１０００－４４１６（２００８）１０－０１１０７一０４
文献标识码：Ａ
ＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＲｅｍａｉｎｉｎｇＣｏｒｒｏｓｉｏｎＳｔｒｅｎｇｔｈｏｆＩｎ－ｓｅｒｖｉｃｅ
‘
ＰｒｅｓｓｕｒｅＰｉｐｅｌｉｎｅ
ＷＡＮＧＷｅｎ．ｘｉａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｒｅｍａｉｎｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｃｏｒｒｏｄｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅｉｓｕｓｕａｌｌｙｕｓｅｄ
ｔｏ
ｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｃｏｒｒｏｄｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅａｎｄｆｏｒｅｃａｓｔｉｔｓｒｅｓｉｄｕａｌ
ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｆａｉｌｕｒｅａｎｄｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏｒｒｏｄｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅ
ｌｉｆｅ．Ｔｈｅ
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ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈａｎｅｎｓｉ—
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ｎｅｅｒｉｎｇｅｘａｍｐｌｅ．ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｔｈｅｒｅｍａｉｎｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅ
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ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ
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ｐｉｐｅｌｉｎｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ
ａｎａｌｙｚｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｓｓｕｒｅ
ｐｉｐｅｌｉｎｅ；
ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｄｅｆｅｃｔ；
ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；ｒｅｍａｉｎｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈ
１概述
目前我国在役的压力管道大部分已服役多年，将陆续进入事故高发期，不可避免地存在原始的或使用过程中出现的各种各样的缺陷，如体积型缺陷及平面型缺陷¨Ｊ。缺陷的存在降低了管道的强度，给管道的安全运行带来隐患。腐蚀缺陷是在役压力管道主要失效形式之一。
为了解在役压力管道的腐蚀情况，确定腐蚀对管道结构完整性的危害程度，有必要对管道的剩余强度进行评估，以获悉管道的剩余寿命，避免盲目更换管道带来的巨大浪费。对在役腐蚀管道进行剩余强度评估是管道安全性评估和适用性评估的重要组成部分，其目的在于研究腐蚀缺陷能否在某一操作压力下允许存在，以及在某一操作压力下允许存在的最大缺陷尺寸，从而科学地指导制定管道维修计划和安全管理。由于管道腐蚀的复杂性，影响管道
剩余强度的因素较多，本文通过建立管道腐蚀失效模型，分析引起管道失效的各种不确定因素，以及这些参数变化对管道剩余强度的影响，即可靠性分析。
２管道腐蚀失效
管道腐蚀缺陷在周向的宽度对管道的承压能力影响不大‘２｜，一般不予考虑，因而用于描述管道腐蚀缺陷的基本参数是缺陷的深度和长度，如图１所
示。
图１腐蚀管道示意图
图中卜—叫时刻在管道轴向上的腐蚀缺陷长度，
ｍｍ
・Ｂ０７・
－／３
第２８卷第１０期煤气与热力
￡＝Ｌｏ＋Ｒ￡（ｔ—ｔｏ）
ｗｗｗ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｒｎ
矗——ｔ时刻在管道径向上的腐蚀缺陷深度，（６）
卜管道的壁厚，ｍｍ
卜一管道服役时间，年
①失效数学模型
．
ｍｍ
式中ｋ——％时刻的腐蚀缺陷深度，ｍｍ
Ｒ。——径向腐蚀速率，ｍｍ／ａ
％——历史记录最后一次检测缺陷深度和长
度时的管道服役时间，ａ
有效面积法被广泛用于评估含腐蚀缺陷管道的安全性，该方法认为，当缺陷处的周向应力达到材料的流变应力时管道发生失效。腐蚀管道的失效周向应力可由下式进行估算［３］：
厶叫。时刻的腐蚀缺陷长度，ｒａｉｎ
Ｒ￡——轴向腐蚀速率，ｍｍ／ａ
对于压力管道，如果管道的壁厚相对于管径很
小，那么腐蚀管道的失效压力可根据下式计算旧】：
Ｏ＇ｐ
２听ＩＡ
ｌ一孚
０１’
ｐｆ＿２譬
式中ｐ广一腐蚀管道的失效压力，ＭＰａ
Ｄ——管道外径，ｌ眦
（２）（３）
（７）
‘ＡｏＭ
Ａ＝ｎＡ。＝伤
将式（１）。（４）代入式（７），得到Ａ。其中，鼓胀系数Ｍ可由下式计算㈨：
矿：——材料的流变应力，ＭＰａ
Ａ——缺陷在壁厚纵向截面上的投影面积，
ｍｍ２
当泰≤５０时，
Ｍ＝１＋０．６２７
‘
５历Ｚ２一ｏ．００３
ｒ‘
７５（翻ｎ５
Ａｏ——缺陷深度为壁厚时在壁厚纵向截面上
卜Ｆｏｌｉ鹪鼓胀系数，无因次
的投影面积，ｍｍ２
当彘＞５０时，Ｍ＝０・０３２南ｎ
如果管道的安全系数为Ⅳ－，那么在役腐蚀管道的最大允许压力为：
ｐｆ
当在役腐蚀管道的应力水平低于盯。时，表明该
段管道还能继续使用。由式（Ｉ）可知，腐蚀管道的失效应力计算主要考虑３个方面的因素：材料的流变应力、缺陷在壁厚纵向截面上的投影面积和鼓胀系数。根据对这３个因素采取不同的处理办法，可产生多种管道腐蚀剩余强度的估算方法。
一些研究人员通过不断试验，发现式（１）中采用流变应力ｔｌｒ，，会使评估结果过于保守【４咱］，他们建议采用下式修正ｃｒｆ。
ｔｒｉ＝盯ｙ＋６８．９５
ｐ－２瓦
Ⅳ．——管道的安全系数②腐蚀管道的可靠性数学模型
（８）
式中ｐ。——在役腐蚀管道的最大允许压力，ＭＰａ
假定管道的实际操作压力为Ｐ。，则描述在役腐
蚀管道的极限状态可用下面的函数来描述ｕ０１：
ｆ（ｐｆ，ｔ）＝ｐｆ－ｐ。
（９）
式中ｐ。——管道的实际操作压力，ＭＰａ
（４）
式中∥，——材料的屈服极限，ＭＰａ
在役压力管道的腐蚀程度主要取决于管道材料、输送介质的性质以及周围环境因素。随着管道
当Ｐ，＞ｐ。时，ｆ（Ｐ，，￡）为正值，含腐蚀缺陷的管
道安全；当ｎ＜ｐ。时以Ｐ，，ｔ）为负值，含腐蚀缺陷的
管道不安全，即管道失效。
以ｐ，，ｔ）被称为结构功能函数。
目前，定量计算可靠度的方法通常基于可靠性安全指标口而得出，主要有一次二阶距法和Ｍｏｎｔｅ—Ｃａｒｌｏ数值模拟法。可靠性安全指标卢按下式计算：
使用年限的增加，腐蚀缺陷的范围在逐年扩大。研
究表明０７、引，在腐蚀发生初始阶段（少于１年），腐蚀
速率较大，而后腐蚀过程趋于平稳状态。这样，可记
录最后一次（％时刻）检测到的缺陷深度和长度，则
管道服役若干年后（ｔ时刻）腐蚀缺陷的深度和长度
分别为：
ｈ＝ｈｏ＋Ｒ＾（ｔ—ｔｏ）
（５）
式中
卢＝警
（１０）
届一可靠性安全指标，无因次
・Ｂ０８・
嗍．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｍ
王文霞：在役压力管道腐蚀剩余强度的评估第２８卷第１０期
胁——结构功能函数的平均值，ＭＰａｓ——结构功能函数的标准差，ＭＰａ・
孟
罨
＆
３工程实例
天津市燃气集团有限公司在２０００年—２００６年，对在役管道的泄漏原因进行了统计（见表１）。通过统计数据看出，导致燃气管道泄漏的主要原因就是管道腐蚀。因此，很有必要对在役管道的腐蚀剩余强度进行评估，科学管理，减少燃气管道的安全事故，避免不必要的更换改造。
裹１
２０００年—２００６年天津燃气管网泄漏情况统计次年份２０００年２００１年２００２焦２００３年２００４年２００５薤２００６薤
腐蚀漏气焊口开裂外力破坏
２６７２３４２８７３０６２４５２５４２８４
１４８１２８１０７２１
１５１６８１７１１４３
长
出
基
嫫斗＜
堪帮瓤
图２在不同缺陷长度下管道最大允许压力与
使用年限的关系
己
其他
２０６４２３６１２６８
合计
３１６３２２３３０３３７２７８２７１３１６
罨
《・Ｒ出
基嫫斗＜堪捌瓤
在役管道使用年限如
图３在不同缺陷深度下管道最大允许压力
与使用年限的关系
为了评估在役腐蚀管道的剩余强度，了解影响
腐蚀管道剩余强度的各个因素，采用上述数学模型对某一在役腐蚀管道进行分析。对该腐蚀管道采用超声波技术进行周期性检测，每次均记下检测时间、腐蚀缺陷的深度和长度。最后一次进行检测时，该管道已经运行１０年（即ｔ。＝１０年）。将以前记录的
全部数据进行处理，结果见表２。分析结果见图２—
５。
表２腐蚀管道的各个参数名称
％时刻的腐蚀缺陷深度ｈｏ／ｍｍ
分布特征正态分布正态分布正态分布正态分布正态分布正态分布正态分布对数正态分布
均值
３２０００．１Ｏ．１５６２５１０４２３
图４在不同管径的腐蚀管道的可靠性
随使用年限的变化
啦爆靼剞馘掣辑
詹捌
岛时刻的腐蚀缺陷长度ｋ／姗
径向腐蚀速率Ｒ。／（ｍｍ・ａ。）
轴向腐蚀速率Ｒ。／（蛐・ａ。）
管道实际操作压力ｐｏｐ／ＭＰａ
管道外径Ｄ／ｍｍ管道壁厚８／ｍｍ材料屈服极限口，／ＭＰａ
舢
该管道的安全系数Ⅳｌ＝２．０。图２为在不同缺
陷长度下管道最大允许压力与使用年限的关系。由
图２可知，在不同的缺陷长度下，腐蚀管道的最大允许压力随着使用年限的增加呈近似线性下降趋势。
管道的操作压力为５ＭＰａ，腐蚀缺陷长度为２００ｍｍ时，该段管道的使用寿命约２３年。为了确保管
图５不同壁厚的腐蚀管道的可靠性随使用年限的变化
道的安全运行，需要对缺陷进行修补或者减小操作压力。当缺陷长度分别为３００ｍ／ｎ和４００ｍｉｌｌ时，腐蚀管道的最大允许压力随使用年限的变化相差不
大。由此可知，腐蚀缺陷长度对管道最大允许压力
・Ｂ０９・
第２８卷第１０期煤气与热力
ｒＬ３
１Ｊ
ｗＷｗ．ｗａｔｅｒｇ＿ａｓｈｅａｔ．ｃｏｒｎ
的影响较小。图３为在不同缺陷深度下管道最大允
ＭＯＫＤＲＢ，ＰＩＣＫＲＪ，ＧＬＯＶＥＲＡＧ．Ｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｌｉｎｅ
许压力与使用年限的关系。由图３可以看出，在管
道的操作压力为５ＭＰａ，腐蚀缺陷的深度为３
ｍｍ
ｒＬ４
ｐｉｐｅ
ｗｉｔｈｌｏｎｇｅｘｔｅｒｎａｌ
ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
Ｐｅｒｆｏｒｍ－
ａｎｃｅ，１９９０，（５）：７５—７９．
ＣＯＵＬＳＯＮＫＥ
时，管道的使用寿命约３４年；而当缺陷深度变为４
ｍｍ时，管道的使用年限就缩短为２４年。由此可
Ｗ．ＷＯＲＴＨＩＮＧＨＡＭＲＧ．Ｓｔａｎｄａｒｄ
ｄａｍａｇｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔａｐｐｒｏａｃｈｉｓｏｖｅｒｌｙＯｉｌ
ｒＬ５
１ｌｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ［Ｊ］．
知，腐蚀缺陷深度对管道的剩余强度影响较大。图
４为不同管径的腐蚀管道的可靠性随使用年限的变化。图５为不同壁厚的腐蚀管道的可靠性随使用年限的变化。从图４、５可以看出，腐蚀管道的可靠性随着管道直径的增加而降低，随着管道壁厚的增加而提高。总之，腐蚀管道的剩余强度随着管道使用年限的增加而降低。
ｒＬ７
１Ｊ
ａｎｄ
Ｇａｓ
Ｊｏｕｒｎａｌ，１９９０，（９）：５４—５９．
Ｊ，ＨＩＳＥＹＤＴ。ＫＩＥＦＮＥＲＪＦ．Ｍｅｔｈｏｄｆｏｒ
Ｏ’ＧＲＡＤＹＴ
ｅｖａｈａｔｉｎｇｃｏｒｒｏｄｅｄｐｉｐｅａｄｄｒｅｓｓｅｓｖａｒｉｅｔｙｏｆｐａｔｔｅｒｎｓ
［Ｊ］．Ｏｉｌ
ｒＬ６
１Ｊ
ａｎｄ
ＧａｓＪｏｕｒｎａｌ，１９９２，（１２）：７７—８２．Ｊ，ＨＩＳＥＹＤＴ，ＫＩＥＦＮＥＲＪＦ．Ｐｒｅｓｓｕｒｅ
Ｏ’ＧＲＡＤＹＴ
ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｃｏｒｒｏｄｅｄ
ｐ啦ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ［Ｊ］．Ｏｉｌ
ａｎｄ
Ｇａｓ
Ｊｏｕｒｎａｌ，１９９２，（１９）：８４—８９．
ＳＨＥＩＣＫＨＡＫ，ＨＡＮＳＥＮＤＡ．Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｐｉｔｔｉｎｇｃｏｒｒｏｓｉｏｎ
４结论
在役管道由于受到周围环境因素的影响而出现腐蚀缺陷，缺陷的存在降低了管道的强度。腐蚀缺
ｒＬ８
１Ｊ
ａｎｄｐｉｐｅｌｉｎｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ
Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９０，７６（３）：１９０—１９７．
ＡＨＡＭＭＥＤＭ．Ｐｍｂａｂｉｌｉｓｔｉｃｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｏｆ
ａ
ｒｅｍａｉｎｉｎｇ
ｌｉｆｅ
陷的长度对管道剩余强度的影响不大，缺陷的深度对管道剩余强度有较大的影响。在其他参数不变的
情况下，管径增加会降低管道的可靠性，而增加壁厚会提高管道的可靠性。对在役压力管道腐蚀剩余强度的评估，可以了解在役管道的安全程度，预测管道
ｒＬ９
１Ｊ
ｐｉｐｅｌｉｎｅｉｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆａｃｔｉｖｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｄｅｆｅｃｔｓ
ｏｆＰｒｅｓｓｕｒｅＶｅｓｓｅｌｓａｎｄＰｉｐ－
［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｉｎｇ，１９９８，（７５）：３２１—３３０．
ＡＳＭＥＢ３１Ｇ，Ｍａｎｕａｌｆｏｒ
ａｓｓｅｓｓｉｎｇｒｅｍａｉｎｉｎｇｓｔ弛ｎｇｔｈ
ｏｆ
ｃｏｒｒｏｄｅｄｐｉｐｅｓ［Ｓ］．
ｒＬＫ
１Ｊ
的剩余寿命，从而对在役管道进行正确的防腐决策。
参考文献：
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［２］ＣＨＯＪＪ
Ｂ，ＣＯＯＢＫ，ＫＩＭ
李季华．可靠性数学［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社。１９８８．
作者简介：王文霞（１９６５一
工程师，理工作。
电话：（０２２）２３３４８５１９Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｗｘｚｊｙ＠１２６．ｃｏｒｎ
学士，
），女，天津人，高级从事燃气输配工程技术管
ＪＣ，ｅｔａ／．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ
ｌｉｍｉｔｌｏａｄｓｏｌｕｔｉｏｎｓｆｏｒｃｏｒｒｏｄｅｄｇａｓｎａｔｉｏｎａｌ
ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒ－
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｒｅｓｓｕｒｅＶｅｓｓｅｌｓａｎｄＰｉｐｉｎｇ，２００３，
（８０）：１２１—１２８．收稿日期：２００８—０５—１１；修回日期：２００８—０５—３０
・标准规范简讯・
《蓄冷空调工程技术规程》行业标准发布
２００８年８月５日，住房和城乡建设部发布《蓄冷空调工程技术规程》行业标准，编号为ＪＧＪ
自２００８年１２月１日起实施。
该规程由住房和城乡建设部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃａｂｐ．ＣＯＩｌｌ．Ｃ１１）出版发行。
（本刊通讯员供稿）
１５８－－－２００８，
・Ｂ１０・
在役压力管道腐蚀剩余强度的评估
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
王文霞， WANG Wen-xia
天津市燃气集团有限公司,天津,300070煤气与热力GAS & HEAT2008，28(10)0次
参考文献(10条)
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2.期刊论文 魏化中.周小兵.舒安庆.帅健.Wei Huazhong.Zhou Xiaobing.Shu Anqing.Shuai Jian 含组合腐蚀缺陷压力管道剩余强度分析 -化工设备与管道2007,44(2)
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本文首先对 B31G 方法进行了回顾、总结，分析 B31G 评价公式中流动应力、鼓胀系数等的影响规律。利用管道爆破实验结果验证原始B31G、修正B31G 及 DNV 三种评价方法，评价结果表明三种方法预测结果存在较大差异，同时指出三种评价方法的局限性，并且应用 Microsoft Visual Basic 6.0开发了相应的评估软件。其次，利用有限元分析软件 ANSYS 对腐蚀管道的失效进行有限元分析。结合缺陷的具体形状，采用三维六面体等参单元建立合适的有限元模型，利用基于塑性的失效准则确定失效压力。通过计算分析，将计算结果与三种方法预测结果进行比较，可知有限元法对于各种情况均可得到与实际比较吻合的结果。最后，分析了几种典型体积型缺陷尺寸参数对腐蚀管道失效压力评价结果的影响。
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授权使用：中国石油大学（华东）图书馆(zgsydxhdtsg)，授权号：2de3a449-33e6-491c-890d-9e5c00f1f524
下载时间：2010年12月30日