缺陷评价标准

ASMEB31G-20091适用范围:1)位于地上、地下、近海管线的金属损失。2)内、外腐蚀引起的金属损失。3)通过打磨可以完全修复的机械损伤、裂纹、电弧烧伤、制造缺陷等管道表面缺陷。4)弯管5)金属损失受相邻的纵向、螺旋型或环向焊缝（这些焊缝不存在质量问题且具有韧性）的影响。6)除了当金属损失深度大于管道壁厚的80%，可以对任意深度的金属损失进行测量其精确尺寸和腐蚀速率。7)符合结构适用性准则的新管道。8)有韧性断裂萌生特性的管材的金属损失。9)管道的操作温度高于所规定的温度的金属损失，假设材料在此温度下的强度已知。10)管道在可接受的环向应力水平内运行的金属损失。11)内压为初始载荷的管道的金属损失。不适用于：1)通过打磨仍不能恢复其光滑外形的裂纹型缺陷和表面机械损伤型缺陷。2)当管壁上由凹陷或褶曲导致的径向变形大于管道外壁的6%（除非依照三级评价参数与2.3保持一致）。3)槽型腐蚀、选择性腐蚀或优先腐蚀对管道接缝和环形焊缝的影响。4)除了弯头弯管其他配件的金属损失。5)影响材料萌生脆性断裂的金属损失。6)管道运行的温度超出了标准允许操作温度范围，或工作温度在蠕变范围。格外考虑：在一些特殊情况下，用户也要做格外的考虑，如下：1)管道由于内压不足（如低于25%SMYS）在低环向应力条件下运行，易发生腐蚀从而导致穿孔，该标准里的方法不能解决此类穿孔失效问题。2)受均匀腐蚀的管壁（如因腐蚀而导致整个管道表面减薄）可以在一个较高的环向应力（高于原始管壁的额定环向应力）下有效运行。评价均匀腐蚀区内存在的深凹陷对管道的影响时，应该考虑到均匀腐蚀造成的管壁减薄对管道的影响。3)对于普通的埋地管道，由内压引起的环向应力最大，它将会控制管道的失效形式。在非固定管道上，大面积圆周范围的金属损失受拉伸作用产生高的纵向应力，该应力可以从纵向和环向改变失效形式。该标准里所提供的方法不能够处理由很高的纵向拉伸应力而产生的环向失效。基于这些情况，用户应该参考更广泛的合乎使用的指导文件，如：API579-1/ASMEFFS-1–2007,Fitness-for-Service。4)受高纵向压应力的大面积圆周范围内的金属损失，容易受到起皱和膨胀的影响。内压引起的环向应力与纵向压应力的相互作用可以降低金属损失处的失效压力。该标准所提供的方法不能用于处理起皱、鼓胀和环向应力与轴向压应力的相互作用情况。基于这种情况，建议用户参考更广泛的适于服役的指导文件，如：API579-1/ASMEFFS-1。2.参数A-----局部金属损失的轴向投影面积AC-----夏比实验试样的横断面面积A0-----原始面积CV-----夏比实验V形缺口的冲击吸收能量D-----管道外径d-----金属损失的最大深度E-----钢的弹性模量L-----金属损失的长度Le-----有效长度=L(𝜋4)M-----鼓胀系数MAOP-----最大允许操作压力MOP-----最大操作压力PF-----预测失效压力=SFD/2tPO-----操作压力，可能等于MAOP或MOPPS-----安全操作压力=PF/SFSF-----预测失效应力等级Sflow-----流变应力SO-----操作压力下的环向应力=POD/2tSUT-----特定温度下的极限拉伸强度,可能等于SMTSSYT-----特定温度下屈服强度，可能等于SMYSSF-----安全系数SMTS-----最小拉伸强度SMYS-----最小屈服强度t-----管道壁厚z=L2/Dtzc-----Le2/Dt3.评价等级简介根据用户所提供的数据的数量和质量，可在以下四个等级中选择进行评价：零级评价：根据缺陷的长度、深度等参数进行评价（见附录），不需要进行详细计算。一级评价：根据测量金属损失的轴向拉伸和最大深度，进行简单计算。一级评价需要该领域的工程师、腐蚀技术人员、涂层检验员或其他受过相关培训的人员进行操作。一级评价也适用于评价由联机内检测（inlineinspection）所识别出来的金属损失异常现象。二级评价：二级评价比一级评价更加详细，目的是更精确的评价失效压力。更精确的测量腐蚀表面的轮廓、考虑到金属损失的实际分布、利用计算机软件或电子数据表重复计算。二级评价也需要由受过相关培训的工程师或技术员进行操作。二级评价适用于由高分辨率的联机内检测识别出的金属损失异常现象。三级评价：三级评价依照用户自定义方法对具体缺陷进行详细评价。该方法充分考虑了载荷、边界条件、材料属性和失效准则。三级评价需要在适用性评价领域有经验的技术专家来操作。4.材料属性和其他数据a)给定的最小材料属性被用在0~2级评价上，如果认为从工厂的实验报告或实验室的实验中得到的实际材料属性可以保证使用，将会被用在三级评价。材料属性的统计可能会被用于1~3级评价建立失效可能性上。b)流变应力：用于1~3级评价上，它由以下几种情况定义：①碳素钢的操作温度＜120℃时，Sflow=1.1*SMYS,且Sflow≤SMTS。②碳素钢和低合金钢的最小屈服应力不超过483MPa且操作温度低于120℃时，Sflow=SMYS+69MPa，且Sflow≤SMTS。③碳素钢和低合金钢的最小屈服应力不超过551MPa，Sflow=（SYT+SUT）/2c)这个文件没有明确规定将用哪个公式定义流变应力，Sflow=1.1*SMYS在以前的B31G里曾使用，这个仍然在零级评价中作为一个固定的元素应用，一级评价建议采用2.2（a）。d)仅零级评价用公称壁厚定义为无腐蚀壁厚。而1~3级评价估都用实际的壁厚作为无腐蚀管道壁厚定义。同时对内压引起的环向压力做适当调整。e)当温度不低于55℃（夏比冲击实验V型缺口有85%的剪切发生时的温度）时，认为管体材料有足够的韧性使裂纹萌生的特性。f)采用电阻焊接连接管子会受到各种情况的影响：规范热处理、单和双埋弧焊连接、使用屏蔽金属电弧焊接的环向焊缝、气体金属弧、熔剂芯焊丝电弧焊和埋弧过程（人工的还是机械化的，或是两者结合的）。这些因素也会产生足够的韧性断裂萌生的特性。g)一些操作条件诸如：低温、长期裸露于酸性环境或高温下，对材料的延展性和断裂韧性有不良影响。5.安全系数和认可意义当计算出的失效应力等于或大于在操作压力下的环向应力乘以一个合适的安全系数时，缺陷被认为是可以接受的。没有一个单一的安全系数可以适合所有的管线施工、管线运行模式和缺陷类型。该文件推荐最小安全系数等于最小水压试验压力与最大允许操作压力或最大操作压力的比值，但通常都不低于1.25。在某些情况下,安全系数较大，如：在对群众或环境有更高风险的地方;而有些情况下安全系数较小，如：在有限的一段时间或使用附加的程序来适当限制操作模式，或在偏远的地方操作，这些都可以减少失效后果。在确定特定管段安全系数时，管段操作者需要考虑腐蚀深度、长度测量的精确度，腐蚀增长速率、管段的特性、水压试验、控制压力方法的可靠性以及影响风险的外部因素。当用内检测评价管道缺陷时使用较高的安全系数，这样保证留下较小的缺陷，延长下一次内检测周期。6.缺陷的相互作用1)如果缺陷之间纵向或环向距离不超过管道三倍壁厚（3t），就认为缺陷之间有相互作用，相互作用的缺陷被当作一个独立缺陷计算。2)缺陷间的距离超过管道三倍壁厚，认为缺陷之间没有相互作用，应看做独立的缺陷计算。1.13缺陷的方位不连续包裹的涂层导致管道产生螺旋型的腐蚀。当螺旋角小于45度时，腐蚀区域的总长度记为L1，如图1.13-1。当管道螺旋角等于或大于45度时，腐蚀区域长度为L2如图1.13-1。腐蚀会发生在环向方向，所以当腐蚀处的螺旋角大于45度的时候，就要进行安全操作压力的计算。计算管道高轴向应力下产生的腐蚀的环向拉伸已经超出本手册的范围，用户可以借鉴API579-1/ASMEFFS-1.7.评价方法7.1零级评价在第三部分附表中提供了一系列在给定的管道直径、壁厚和凹坑深度下查取现成的腐蚀区域最大腐蚀长度数据。附表跟原版本的B31G-1991没有变化，只是改用了公制单位，是由原始B31G-1991中的公式（见下文）计算得出的。附表用于确定连续相邻的腐蚀区，或一串相互作用的金属损失区的长度。步骤如下：1)根据相关记录或直接测量确定管道的直径和公称壁厚。2)通过相关记录确定管材的材料属性。3)清理管道表面的腐蚀至露出金属表面，当清理带压腐蚀管道表面时需要多加小心。4)测量腐蚀区最大深度d和腐蚀区轴向距离L,见图2.1-15)确定与管道尺寸D相关的附表。6)在附表上，找出与腐蚀部位的最大测量深度相等的那一行，如果表中没有恰当的测量深度值，可以选择邻近的较大深度那一行。7)沿横向找到管道壁厚的那一列，如果该公称壁厚没列出，即可选取邻近的较薄壁厚那一列。壁厚的列与腐蚀深度的行交叉点处即为腐蚀区域允许的纵向最大长度L。8)如果管道上金属腐蚀区域的长度L不超过表中所给的值，即为可行。附表提供的结果可能比使用等级1、2和3分析评价的结果要保守，尤其是当环向应力低于72%SMYS且腐蚀区域很长时。因此，附表可能不适合评价在现有的操作压力下的腐蚀，而使用一级评价的公式法会更合适。附表的设计只考虑管道最小安全系数为1.39即管线的环向应力为72%SMYS，当环向应力大于72%SMYS时，安全系数同比例降低。公式法确定最大允许纵向腐蚀程度：腐蚀凹坑的深度可表示为管道的公称壁厚的百分比：凹坑深度%=100d/t（1）最大腐蚀深度大于管道公称壁厚的10%且小于80%的邻近腐蚀区域，腐蚀区的轴向长度不得大于由下式计算出的距离：L=1.12B𝐷t（L也可由第三部分的附表确定）（2）B=(𝑑/t1.1𝑑𝑡−0.15)2−1（3）B不能超过4.0。如果腐蚀深度在10%至17.5%之间，则公式（2）中B=4.0。7.2一级评价一级评价依照下面的步骤进行：1)根据相关记录或直接测量确定管道的直径和公称壁厚。2)清理管道表面的腐蚀至露出金属表面，当清理带压腐蚀管道表面时应小心。3)测量腐蚀区域最大深度d和长度L,如图2.1-1所示。4)根据相关记录确定适用管材的材料属性。5)选择一种评价方法计算失效应力SF。6)规定一个可接受的安全系数SF。7)比较SF和SF×SO8)当SF≥SF×SO或PF≥SF×PO时，缺陷可以被接受。(a)B31G—1991M=(1+0.8z)1/2,z=L2/Dt,Sflow=1.1×SMYS当z≤20时，SF=Sflow［1−2/3（d/t）1−2/3（d/t）/M］当z＞20时，SF=Sflow（1-d/t）(b)改进的B31G—2009当z≤50时，M=（1+0.6275z-0.003375z2）1/2当z＞50时，M=0.032z+3.3SF=Sflow［1−0.85（d/t）1−0.85（d/t）/M］，Sflow=1.1×SMYS7.3二级评价使用有效面积法，操作步骤与一级评价相似，不同的是有效面积法需要详细测量管道腐蚀深度或剩余壁厚。有效面积法表达式如下：SF=Sflow[1−A⁄𝐴01−(A⁄𝐴0)𝑀⁄]有效面积法是分别对一系列连续腐蚀缺陷的每一个梯形截面计算出相关段的失效压力，把最小的失效压力作为管子的失效压力。该方法需要细致的测量，必须沿着管子长度方向进行大量的测量，以确定详细的腐蚀剖面图。由于计算量很大，故有必要采用PC程序—RSTRENG。7.4三级评价该等级评价包括详细的分析，如腐蚀区域的有限元分析。分析应该精确考虑到能够影响结果的各种因素：包括内压在内的载荷、外力、边界条件、约束条件、椭圆度、变形、是否不重合或不连续、材料的应力-应变特性以及缺陷对载荷或应力总体分布的影响。一个失效准则应该考虑的材料的应变能力和抗裂特性。一级、二级评价中在考虑合适的安全系数时也同样需要考虑这方面问题。