長輸管道檢驗使用評價準則分析

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摘要：基于相關標準規(guī)范要求和企業(yè)實際做法探討了合于使用評價準則在長輸管道全面檢驗應用中存在的落實難問題，對國外油氣管道缺陷評估方法進行研究，指出合于使用評價過程是基于斷裂力學知識對管道本體進行的力學計算，長輸管道定期檢驗周期應該依據(jù)全面檢驗結(jié)果進行判定，合于使用評價不應作為定期檢驗的強制檢驗類別，應參照TSGD7003—2010《壓力管道定期檢驗規(guī)則———長輸（油氣）管道》模式，將合于使用評價準則作為全面檢驗發(fā)現(xiàn)嚴重缺陷時進行缺陷評定的判別方式。

關鍵詞：油氣管道；全面檢驗；定期檢驗；缺陷評估；合于使用評價

長輸管道是繼公路、鐵路、水路和航空之后的第五大運輸方式，主要承擔油氣商品介質(zhì)在產(chǎn)地、儲存庫及使用單位之間的輸送。2013年山東省青島市“11•22”中石化東黃輸油管道泄漏爆炸造成62人死亡、136人受傷，直接經(jīng)濟損失75172萬元［1］，國務院和國家質(zhì)檢總局高度重視并出臺文件要求加強長輸油氣管道的安全工作。長輸油氣管道企業(yè)也因此紛紛申請全面檢驗。文中結(jié)合長輸管道相關標準，對依據(jù)TSGD7003—2010《壓力管道定期檢驗規(guī)則———長輸（油氣）管道》［2］（以下簡稱《定檢規(guī)》）執(zhí)行全面檢驗及落實合于使用評價的合理性進行探討。

1合于使用評價在長輸管道全面檢驗中的應用

1．1全面檢驗的地位與作用。［3－5］全面檢驗是特種設備檢驗機構(gòu)按照一定的時間周期，在受檢設備停機時對在用壓力容器的安全狀況進行的符合性驗證活動，適用于壓力容器、工業(yè)管道、鍋爐類承壓設備的定期檢驗。比較成熟的容器和鍋爐均是通過全面檢驗確定檢驗周期的，實施定期檢驗相對晚的工業(yè)管道定期檢驗也是通過全面檢驗確周期的。1．2實際檢驗與檢驗周期矛盾。按《定檢規(guī)》規(guī)定，長輸管道定期檢驗分為年度檢查、全面檢驗和合于使用評價。其中全面檢驗的檢驗周期需要通過進一步實施合于使用評價來確定，所以合于使用評價實際上被強制性包含在全面檢驗中。這種強制性包含關系與檢驗實踐、長輸管線及企業(yè)慣用做法等實際情況存在一定的矛盾。首先，在實際檢驗工作中全面檢驗檢出的缺陷大多為防腐層破損、陰極保護缺失、標示樁和警示樁丟失、露管、違規(guī)穿越和跨越等現(xiàn)象。同時，長輸管道直管段基本上不存在較大應力（除了泵、閥站等部位可能會有疲勞應力以外），因此實施合于使用評價的必要性很小。其次，合于使用評價是在一定條件下開展的材料適用性評價，包括對管道進行的應力分析計算、對危害管道結(jié)構(gòu)缺陷進行的剩余強度評估與超標缺陷安全評定，以及對危害管道安全的主要潛在危險因素進行的管道剩余壽命預測等多項復雜技術(shù)工作，因其實施費用高，企業(yè)在發(fā)現(xiàn)管體缺陷時通常會直接更換管道或者補焊管道，這種情況下完全沒有必要再實施合于使用評價。最后，從合于使用評價基礎理論和國家目前減輕企業(yè)負擔的大局考慮，將合于使用評價作為全面檢驗的必須檢驗項目也是不合理的。1．3合于使用評價介紹。按照API579－1／ASMEFFS－1—2016《Fitness－for－service》［3］，合于使用評價是指進行安全性評價時對含有缺陷的結(jié)構(gòu)或者設備是否適合繼續(xù)使用、如何繼續(xù)使用等狀況進行的定量評價，包括對結(jié)構(gòu)中的缺陷進行定量檢測，按照嚴格的理論分析做出評定，確定缺陷是否危害結(jié)構(gòu)的安全性，并對缺陷的形成、擴展和結(jié)構(gòu)的失效過程以及失效后果等做出定量的判斷。根據(jù)合于使用評價報告，對評價對象進行區(qū)別對待，主要包括以下4種情況：①對不會給安全生產(chǎn)造成危害的缺陷將允許存在。②對結(jié)構(gòu)雖不造成威脅，但可能會進一步擴展的缺陷，需要進行壽命預測，并且允許在監(jiān)控下使用。③若含有缺陷的結(jié)構(gòu)在降低使用等級后能達到安全可靠性要求，則可考慮降級使用。④對所含缺陷已對安全可靠性構(gòu)成威脅的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，必須立即采取相應措施，或翻修或停止使用。1．4合于使用評價應用現(xiàn)狀。TSG21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定，對在定期檢驗過程中發(fā)現(xiàn)嚴重缺陷可能導致停止使用的壓力容器應該進行合于使用評價。GB／T19624—2004《在用含缺陷壓力容器安全評定》［4］明確規(guī)定其適用范圍為鋼制含超標缺陷，同時也認為鍋爐和管道在進行安全評定時可參考使用合于使用評價。文獻［5－9］基于合于使用評價討論了采用R6方法對金屬本體缺陷進行評定，將脆斷評定與塑性失效評定相結(jié)合，用失效評定圖（FAD）標識管道材料的失效狀態(tài)，即認為R6方法考慮了材料的應力應變特性及裂紋擴展行為，其對油氣管道脆性斷裂和塑性失穩(wěn)2種情況的失效方式的綜合分析，更接近于長輸油氣管道的損傷模式的實際情況。綜上可知，目前合于使用評價在承壓類設備缺陷評定上得到了廣泛的應用，對于延長設備（管道）的使用壽命起到了至關重要的作用。

2合于使用評價在油氣管道缺陷評估中的應用

王旭東等［10］論述了國內(nèi)外油氣管道在服役過程中可能由于安裝不當、地質(zhì)環(huán)境變化、有害介質(zhì)腐蝕和海水沖蝕等產(chǎn)生的各種損傷和缺陷，詳細介紹了國外油氣管道焊接、腐蝕、機械損傷等缺陷評估的主要方法，評述了這些方法的適用條件和評價流程，認為可采用美國石油學會制定的API1104（第2005版）《管道及其相關設施的焊接》［11］、英國標準委員會（BSI）頒布的BS7910—2005《金屬結(jié)構(gòu)中缺陷驗收評定方法導則》［12］及英國中央電力局R／H／R6方法［13］進行焊接缺陷的評定。腐蝕缺陷則采用ASMEB31G—2012、英國燃氣公司和挪威船級社合作制定的DNVRP－F101—2004《腐蝕管道評估的推薦作法》［14］進行評價。上述標準認為機械損傷往往引發(fā)應力和應變，且其損傷模式和失效模式與腐蝕缺陷類似，因此按照腐蝕性缺陷評定方法進行機械損傷缺陷評定。這些國外標準中合于使用評價的實施均是采用斷裂力學等相關力學知識對超標缺陷進行分析，以本體斷裂力學、材料力學、彈塑性力學和可靠性系統(tǒng)工程為基礎，在允許設備本體存在缺陷的同時，從經(jīng)濟角度考慮，分析已存在的缺陷對結(jié)構(gòu)完整性的影響，保證設備在該缺陷下能夠安全運行，是一種要求極高的方法。這種方法對于長輸管道而言，首先要進行應力分析。應力分析主要針對內(nèi)壓力、重力、風、地震、壓力脈動、沖擊等外力荷載和熱膨脹的存在而產(chǎn)生的應力。熱膨脹是管道應力分析要解決的最常見和最主要的問題。長輸管道埋在凍土層以下，溫度基本恒定，因此除壓縮機及泵、閥進口處管道外，均不需要進行應力分析。其次要進行強度、壽命及材料的適用性評價。管體出現(xiàn)超標缺陷時才需要進行評價，目前國內(nèi)長輸管道檢驗基本上采用的是外檢測法，主要側(cè)重于外腐蝕系統(tǒng)檢測。此外，結(jié)合實際檢驗經(jīng)驗，若定期檢驗過程中發(fā)現(xiàn)管壁缺陷較為嚴重，企業(yè)一般采用更換或補焊等方式。綜上，采用合于使用評價方法確定長輸油氣管道檢驗周期的方法是不符合實際應用的。

3建議

《質(zhì)檢總局辦公廳關于壓力管道氣瓶安全監(jiān)察工作有關問題的通知》（質(zhì)檢辦特［2015］675號）［15］取消了合于使用評價的資質(zhì)要求，《關于承壓特種設備安全監(jiān)察工作有關問題意見的通知》（質(zhì)檢辦特函［2017］（1336）號）［16］也規(guī)定，原則上只進行油氣管道內(nèi)檢測或外檢測不能視為完成定期檢驗，但考慮到國內(nèi)管道建設的實際情況，允許檢驗機構(gòu)在考慮管道損傷模式的前提下，選用適用的外檢測方法進行定期檢驗工作。因此，建議《定檢規(guī)》修訂過程中，結(jié)合實際檢驗情況作以下考慮：①按照壓力容器和壓力管道定期檢驗模式，將法定檢驗項目分為年度檢查和全面檢驗，檢驗周期依據(jù)全面檢驗給出，年度檢查可以由企業(yè)或由有相應資質(zhì)的檢驗機構(gòu)實施。②對于管體的體積型缺陷，依據(jù)設計圖樣給出的腐蝕裕量和設計壽命，采用強度校核的方法，計算后確定檢驗周期。③對于面缺陷，若出現(xiàn)在外壁，則應打磨消除后，按照體積型缺陷的方式進行評定。反之，則進行合于使用評價。④長輸油氣管道的合于使用評價應采用壓力容器定期檢驗的方式，即作為定期檢驗過程中發(fā)現(xiàn)超標缺陷處理的一種解決途徑，而非法定檢驗項目。

作者:姚小靜 韓偉 李俊婷 韓明 岳明 單位:山東省特種設備檢驗研究院有限公司