長輸管道檢驗(yàn)中合于使用評(píng)價(jià)準(zhǔn)則應(yīng)用分析

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(山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院有限公司， 山東 濟(jì)南 250101)

長輸管道是繼公路、鐵路、水路和航空之后的第五大運(yùn)輸方式，主要承擔(dān)油氣商品介質(zhì)在產(chǎn)地、儲(chǔ)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(jì)損失75 172萬元[1]，國務(wù)院和國家質(zhì)檢總局高度重視并出臺(tái)文件要求加強(qiáng)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(qǐng)全面檢驗(yàn)。

文中結(jié)合長輸管道相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)依據(jù)TSG D7003—2010《壓力管道定期檢驗(yàn)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(yàn)及落實(shí)合于使用評(píng)價(jià)的合理性進(jìn)行探討。

1 合于使用評(píng)價(jià)在長輸管道全面檢驗(yàn)中的應(yīng)用

1.1 全面檢驗(yàn)的地位與作用[3-5]

全面檢驗(yàn)是特種設(shè)備檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)按照一定的時(shí)間周期，在受檢設(shè)備停機(jī)時(shí)對(duì)在用壓力容器的安全狀況進(jìn)行的符合性驗(yàn)證活動(dòng)，適用于壓力容器、工業(yè)管道、鍋爐類承壓設(shè)備的定期檢驗(yàn)。比較成熟的容器和鍋爐均是通過全面檢驗(yàn)確定檢驗(yàn)周期的，實(shí)施定期檢驗(yàn)相對(duì)晚的工業(yè)管道定期檢驗(yàn)也是通過全面檢驗(yàn)確周期的。

1.2 實(shí)際檢驗(yàn)與檢驗(yàn)周期矛盾

按《定檢規(guī)》規(guī)定，長輸管道定期檢驗(yàn)分為年度檢查、全面檢驗(yàn)和合于使用評(píng)價(jià)。其中全面檢驗(yàn)的檢驗(yàn)周期需要通過進(jìn)一步實(shí)施合于使用評(píng)價(jià)來確定，所以合于使用評(píng)價(jià)實(shí)際上被強(qiáng)制性包含在全面檢驗(yàn)中。這種強(qiáng)制性包含關(guān)系與檢驗(yàn)實(shí)踐、長輸管線及企業(yè)慣用做法等實(shí)際情況存在一定的矛盾。

首先，在實(shí)際檢驗(yàn)工作中全面檢驗(yàn)檢出的缺陷大多為防腐層破損、陰極保護(hù)缺失、標(biāo)示樁和警示樁丟失、露管、違規(guī)穿越和跨越等現(xiàn)象。同時(shí)，長輸管道直管段基本上不存在較大應(yīng)力(除了泵、閥站等部位可能會(huì)有疲勞應(yīng)力以外)，因此實(shí)施合于使用評(píng)價(jià)的必要性很小。

其次，合于使用評(píng)價(jià)是在一定條件下開展的材料適用性評(píng)價(jià)，包括對(duì)管道進(jìn)行的應(yīng)力分析計(jì)算、對(duì)危害管道結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行的剩余強(qiáng)度評(píng)估與超標(biāo)缺陷安全評(píng)定，以及對(duì)危害管道安全的主要潛在危險(xiǎn)因素進(jìn)行的管道剩余壽命預(yù)測(cè)等多項(xiàng)復(fù)雜技術(shù)工作，因其實(shí)施費(fèi)用高，企業(yè)在發(fā)現(xiàn)管體缺陷時(shí)通常會(huì)直接更換管道或者補(bǔ)焊管道，這種情況下完全沒有必要再實(shí)施合于使用評(píng)價(jià)。

最后，從合于使用評(píng)價(jià)基礎(chǔ)理論和國家目前減輕企業(yè)負(fù)擔(dān)的大局考慮，將合于使用評(píng)價(jià)作為全面檢驗(yàn)的必須檢驗(yàn)項(xiàng)目也是不合理的。

1.3 合于使用評(píng)價(jià)介紹

按照API 579-1/ASME FFS-1—2016《Fitness-for-service》[3]，合于使用評(píng)價(jià)是指進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)時(shí)對(duì)含有缺陷的結(jié)構(gòu)或者設(shè)備是否適合繼續(xù)使用、如何繼續(xù)使用等狀況進(jìn)行的定量評(píng)價(jià)，包括對(duì)結(jié)構(gòu)中的缺陷進(jìn)行定量檢測(cè)，按照嚴(yán)格的理論分析做出評(píng)定，確定缺陷是否危害結(jié)構(gòu)的安全性，并對(duì)缺陷的形成、擴(kuò)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(píng)價(jià)報(bào)告，對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行區(qū)別對(duì)待，主要包括以下4種情況：①對(duì)不會(huì)給安全生產(chǎn)造成危害的缺陷將允許存在。②對(duì)結(jié)構(gòu)雖不造成威脅，但可能會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展的缺陷，需要進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)，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(jí)后能達(dá)到安全可靠性要求，則可考慮降級(jí)使用。④對(duì)所含缺陷已對(duì)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(yīng)措施，或翻修或停止使用。

1.4 合于使用評(píng)價(jià)應(yīng)用現(xiàn)狀

TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定，對(duì)在定期檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重缺陷可能導(dǎo)致停止使用的壓力容器應(yīng)該進(jìn)行合于使用評(píng)價(jià)。GB/T 19624—2004《在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定》[4]明確規(guī)定其適用范圍為鋼制含超標(biāo)缺陷，同時(shí)也認(rèn)為鍋爐和管道在進(jìn)行安全評(píng)定時(shí)可參考使用合于使用評(píng)價(jià)。

文獻(xiàn)[5-9] 基于合于使用評(píng)價(jià)討論了采用R6方法對(duì)金屬本體缺陷進(jìn)行評(píng)定，將脆斷評(píng)定與塑性失效評(píng)定相結(jié)合，用失效評(píng)定圖(FAD)標(biāo)識(shí)管道材料的失效狀態(tài)，即認(rèn)為R6方法考慮了材料的應(yīng)力應(yīng)變特性及裂紋擴(kuò)展行為，其對(duì)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(shí)際情況。

綜上可知，目前合于使用評(píng)價(jià)在承壓類設(shè)備缺陷評(píng)定上得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)于延長設(shè)備(管道)的使用壽命起到了至關(guān)重要的作用。

2 合于使用評(píng)價(jià)在油氣管道缺陷評(píng)估中的應(yīng)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(dāng)、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(xì)介紹了國外油氣管道焊接、腐蝕、機(jī)械損傷等缺陷評(píng)估的主要方法，評(píng)述了這些方法的適用條件和評(píng)價(jià)流程，認(rèn)為可采用美國石油學(xué)會(huì)制定的API 1104(第2005版)《管道及其相關(guān)設(shè)施的焊接》[11]、英國標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(BSI)頒布的BS 7910—2005《金屬結(jié)構(gòu)中缺陷驗(yàn)收評(píng)定方法導(dǎo)則》[12]及英國中央電力局R/ H/ R6方法[13]進(jìn)行焊接缺陷的評(píng)定。腐蝕缺陷則采用ASME B31 G—2012、英國燃?xì)夤竞团餐?jí)社合作制定的DNV RP-F101—2004《腐蝕管道評(píng)估的推薦作法》[14]進(jìn)行評(píng)價(jià)。上述標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為機(jī)械損傷往往引發(fā)應(yīng)力和應(yīng)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(píng)定方法進(jìn)行機(jī)械損傷缺陷評(píng)定。

這些國外標(biāo)準(zhǔn)中合于使用評(píng)價(jià)的實(shí)施均是采用斷裂力學(xué)等相關(guān)力學(xué)知識(shí)對(duì)超標(biāo)缺陷進(jìn)行分析，以本體斷裂力學(xué)、材料力學(xué)、彈塑性力學(xué)和可靠性系統(tǒng)工程為基礎(chǔ)，在允許設(shè)備本體存在缺陷的同時(shí)，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，分析已存在的缺陷對(duì)結(jié)構(gòu)完整性的影響，保證設(shè)備在該缺陷下能夠安全運(yùn)行，是一種要求極高的方法。

這種方法對(duì)于長輸管道而言，首先要進(jìn)行應(yīng)力分析。應(yīng)力分析主要針對(duì)內(nèi)壓力、重力、風(fēng)、地震、壓力脈動(dòng)、沖擊等外力荷載和熱膨脹的存在而產(chǎn)生的應(yīng)力。熱膨脹是管道應(yīng)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(jī)及泵、閥進(jìn)口處管道外，均不需要進(jìn)行應(yīng)力分析。其次要進(jìn)行強(qiáng)度、壽命及材料的適用性評(píng)價(jià)。管體出現(xiàn)超標(biāo)缺陷時(shí)才需要進(jìn)行評(píng)價(jià)，目前國內(nèi)長輸管道檢驗(yàn)基本上采用的是外檢測(cè)法，主要側(cè)重于外腐蝕系統(tǒng)檢測(cè)。此外，結(jié)合實(shí)際檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，若定期檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)管壁缺陷較為嚴(yán)重，企業(yè)一般采用更換或補(bǔ)焊等方式。

綜上，采用合于使用評(píng)價(jià)方法確定長輸油氣管道檢驗(yàn)周期的方法是不符合實(shí)際應(yīng)用的。

3 建議

《質(zhì)檢總局辦公廳關(guān)于壓力管道氣瓶安全監(jiān)察工作有關(guān)問題的通知》(質(zhì)檢辦特[2015]675號(hào))[15]取消了合于使用評(píng)價(jià)的資質(zhì)要求，《關(guān)于承壓特種設(shè)備安全監(jiān)察工作有關(guān)問題意見的通知》(質(zhì)檢辦特函[2017](1336)號(hào))[16]也規(guī)定，原則上只進(jìn)行油氣管道內(nèi)檢測(cè)或外檢測(cè)不能視為完成定期檢驗(yàn)，但考慮到國內(nèi)管道建設(shè)的實(shí)際情況，允許檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)在考慮管道損傷模式的前提下，選用適用的外檢測(cè)方法進(jìn)行定期檢驗(yàn)工作。因此，建議《定檢規(guī)》修訂過程中，結(jié)合實(shí)際檢驗(yàn)情況作以下考慮：①按照壓力容器和壓力管道定期檢驗(yàn)?zāi)Ｊ剑瑢⒎ǘz驗(yàn)項(xiàng)目分為年度檢查和全面檢驗(yàn)，檢驗(yàn)周期依據(jù)全面檢驗(yàn)給出，年度檢查可以由企業(yè)或由有相應(yīng)資質(zhì)的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)實(shí)施。②對(duì)于管體的體積型缺陷，依據(jù)設(shè)計(jì)圖樣給出的腐蝕裕量和設(shè)計(jì)壽命，采用強(qiáng)度校核的方法，計(jì)算后確定檢驗(yàn)周期。③對(duì)于面缺陷，若出現(xiàn)在外壁，則應(yīng)打磨消除后，按照體積型缺陷的方式進(jìn)行評(píng)定。反之，則進(jìn)行合于使用評(píng)價(jià)。④長輸油氣管道的合于使用評(píng)價(jià)應(yīng)采用壓力容器定期檢驗(yàn)的方式，即作為定期檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷處理的一種解決途徑，而非法定檢驗(yàn)項(xiàng)目。