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    海洋平台立管体积型缺陷评价技术.pdf

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    海洋平台立管体积型缺陷评价技术.pdf

    第43卷第2期 2014年3月 石油化工设备 PETR0一CHEMICAI EQUIPMENT Vo1.43 No.2 Mar.2014 文章编号i0007466201402005205 海洋平台立管体积型缺陷评价技术 俞树荣 ,何鑫业 ,胡 斌 1.兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州 730050;2.中国特种设备检测研究院,北京]00013 摘要介绍了目前海洋平台立管体积型缺陷评价所采用的几种方法、海洋平台立管腐蚀的影响因 素以及海洋平台立管体积型缺陷的防护措施。认为应继续深入开展海洋平台立管体积型缺陷评价 方法的相关研究和海洋平台立管的防护措施研究。 关键词海洋平台立管;体积型缺陷;评价方法;防护措施 中图分类号TE952;TQO5O.6 文献标志码A doi10.3969/j.issn.10007466.2014.02.013 uation Technology of Offshore Riser Volumetric Type Flaw YU Shu-rong 。HE Xinye ,HU Bin 1.College of Petrochemical Technology,Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050,China;2.China Special Equipment Inspection,Beijing 100013,China AbstractThe introduction is made for a couple of s used in the uation of offshore riser volumetric type flaw,the factors that influence offshore riser corrosion and the protective measures of offshore riser volumetric type flaw.It is put forward that we should further carry out related research on the uation and protective measures concerning offshore riser volumetric type flaw. Key wordsoffshore riser;volumetric type flaw;uation ;protective measure 海洋平台立管是连接海底管道与海洋工程结构 物上生产设备之间的管道,其下端一般与海底油井 管口的万向节相连,上端则可连于平台的滑移节或 钻探船舶等[1]。海洋平台立管是海底管道中重要而 薄弱的环节,与一般的海底管道相比,海洋平台立管 处于更加恶劣复杂的海洋环境中,海洋平台立管内 部一般有高温高压的油或气流通过,外部承受波浪、 海流等载荷的作用,偶尔还会受到海冰、地震、海啸 等突发因素的影响。在海洋平台立管的飞溅区,海 水对海洋平台立管的腐蚀也远比海底管道严重。在 内部流体和外部载荷的共同作用下,海洋平台立管 会发生碰撞、疲劳破坏、断裂和腐蚀失效等。一旦发 生这些现象,轻则停产,重则引起破损、油气泄漏,导 致火灾和爆炸事故,不仅工程本身遭受损失,而且可 能造成严重的次生灾害。一根输出海洋平台立管破 裂可能导致每秒数千千克的燃气泄漏,并可能引发 爆炸或大火而破坏整个海洋生产系统。一场非常严 重的海底气体泄漏将会引起强烈的涌流并在海面形 成大的空泡,使船舶倾斜甚至沉没。 从某种意义上讲,海洋平台立管的安全性决定 了整个海底管线系统的可服役性。在国内外,随着 海洋平台立管的不断延伸,其破坏事故和污染都呈 收稿日期20130926 基金项目质检公益性行业科研专项基于风险管理的海洋石油平台压力管道安全评定研究201210026 作者简介俞树荣1962一,男,甘肃兰州人,教授,博士,从事过程装备与控制专业的科研及教学工作。 第2期 俞树荣,等海洋平台立管体积型缺陷评价技术 上升趋势,防止和应对海洋平台立管破坏失效的任 务也越来越重要。 根据使用经验,海洋平台立管中存在着大量的 体积型缺陷,这些缺陷的存在及进一步增长会危及 海洋平台立管的安全运行。随着我国海洋石油工业 的发展,国内同样也存在海洋平台立管缺陷问题。 因此对含缺陷海洋平台立管的服役可靠性进行评价 就成了一件重要而有现实意义的事情。 l 海洋立管缺陷评价主要方法及其分析 腐蚀是造成海洋平台立管失效的重要原因,海 洋平台立管腐蚀评价是海洋立管安全状态评价的重 要组成部分,其腐蚀缺陷主要为体积型缺陷。目前, 国际上针对腐蚀缺陷评价的标准有挪威船级社 DNV 2004{Reeommended Practice RPF101 Corro ded Pipelines以下简称DNVRPFIOI【 、美国 ASME B31G 1991Manual for Determining the Remaining Strength of Corroded Pipelines以下简 称ASME B31Gl3j、美国石油协会API 5792000 Reeommended Practice for Fitness for Service 以下简称API 579E 4]。其中ASME B31G偏保 守,适用于X52以下的中低强度钢;DNVRPF101 比前者保守性低,适用于X65~X8O的中高强度钢; API 579采用的是三级评价体系。 1.1 DNVRPF101方法 DNVRPF101不但考虑了管道的内压,而且 还考虑了它所受的轴向和弯曲载荷。该标准提供了 两种腐蚀缺陷评价方法,即分项安全系数法和许用 应力法,这两种方法的区别是安全准则不同。 许用应力法建立在许用应力设计法之上,通过 计算可以得到腐蚀缺陷管道的失效压力承载能 力,但此失效压力需要乘以一个安全系数,这个安 全系数在原始设计系数的基础上得到。在评价腐蚀 缺陷时,应考虑到测量缺陷尺寸和管道几何形状的 不确定性。 分项安全系数法是根据挪威船级社Det Nor ske Veritas,DNV近海标准OSFIOI和海底管道 系统规范来确定的 ],该方法使用了概率修正方 程分项安全系数来确定腐蚀管道的许用操作压力, 考虑了腐蚀缺陷检测的不确定性和管道材料的不确 定性等因素,能更客观地反映管道存在腐蚀缺陷后 的剩余强度。许用应力法未考虑这些不确定性因 素,在计算结果精度有所提高后,仍具一定的保守 性。前者计算过程和测定相对复杂,后者相对简明、 便捷 ’ 。 腐蚀管道DNVRPF101评价方法的基本公式 如下 满1 1 D一 f一 l 其中 Q 2 式中,P 。 为管道内压, 为环向应力,MPa; 为管 道壁厚,d为缺陷深度,D为管道外径,L为缺陷长 度,mm;Q为长度校正系数。 当L一0时,Q一1,相当于腐蚀缺陷没有对许用 应力产生任何影响。 当L4.0 8 式7~式8中, t为最大安全应力, 。为屈服强 度,MPa。 当A ≤4.0时,B31G把腐蚀凹坑表征为抛物 线形缺陷;当A 4.0时,表征为矩形缺陷 ]。 ASME B31G规定,腐蚀深度超过壁厚的8O 时,管道的剩余强度是不可接受的,需要维修和更 换。此评价方法有一定保守性,只适用2个缺陷参 数深度和长度来评估有缺陷不会发生断裂的管道 运行压力,可以评估中低强度材料的带有轴向裂纹 或轴向腐蚀缺陷的管道,但评价不连续型腐蚀缺陷、 环向腐蚀缺陷、螺旋腐蚀缺陷、焊接腐蚀及高强度材 料的腐蚀缺陷结果不理想。 1合理选材钛及镍铝合金的耐腐蚀性最好, 铸铁和碳钢较差,铜基合金如铝青铜、铜镍合金也较 耐蚀。不锈钢虽耐均匀腐蚀,但易产生点蚀[1。 。 2电化学保护 阴极保护是防止海水腐蚀常 用的方法之一,但只是在全浸区才有效。可在平台 或海水中金属结构上安装牺牲阳极,也可采用外加 电流的印记保护法L2 引。 3涂层保护 在钢材上加保护层既可以节约 材料,又可起到防护作用。工程中,一般采用耐腐蚀 性较高的合金钢贵金属如铁、镍、铬等、涂料涂层 或其他非金属材料作保护层。在钢材表面进行热喷 涂A1以起到很好的防护效果,其使用寿命可提到 1O倍以上。若在粉芯中加入A1203、Ni以及微量稀 土元素,其防腐效果会更佳_2 。大多数金属涂层采 第2期 俞树荣,等海洋平台立管体积型缺陷评价技术 55 用电镀或热镀的方法实现,还有的涂层用渗镀、喷 镀、化学镀等方法形成。其它方法还有金属包覆、离 子镀、真空蒸发镀及真空溅射等物理方法。 4非金属涂层 非金属涂层绝大多数是隔离 性涂层 2 ,它的主要作用是把金属材料与腐蚀介 质隔开,防止钢材因接触腐蚀介质而遭受腐蚀。这 类涂层致密、均匀,并与金属基体结合牢固,因此 在石油和天然气行业的金属腐蚀与防护中应用极其 广泛。非金属涂层可分为无机涂层和有机涂层。无 机涂层包括搪瓷或玻璃涂层、硅酸盆水泥涂层和化 学转化膜涂层【_2 .29j。常用的涂料有环氧树脂防腐 漆、酚醛树脂改性的环氧树脂漆、聚氨基甲酸脂防腐 漆和环氧聚氨醋漆。这些防腐漆还常添加一些特殊 填料,它们除了隔离腐蚀介质外,还具有化学缓蚀 作用,有时借助涂料中某些成分与金属的化学反 应,使金属表面钝化或形成保护膜,也有缓蚀的效 果。常用的填料有磁性氧化铁粉末、锌粉、玻璃鳞片 及活性石棉粉[a0.313。 4 结语 现行的海洋平台立管体积型缺陷的评价标准 DNVRPF101、ASME B31G、API 579的理论基础 均基于Flolia半经验公式,再根据爆破实验得出的 实验数据进行修正。这些准则缺乏系统的理论依 据,建议深入开展相关的研究。 含缺陷的海洋平台立管在其后运行过程中,有 可能产生泄漏和爆炸等问题,没有正确的预测会导 致恶性事故的发生,造成巨大损失。而对有缺陷的 海洋平台立管盲目进行更换同样会带来浪费,所以 在保证必要安全可靠性前提下,最大限度延长海洋 平台立管使用寿命,具有十分重要的意义。 对于海洋平台立管防护措施的研究虽已取得很 大的进展,但仍存在许多问题。以喷涂防腐为例,管 汇结构空间狭小和一些小的部件无法利用专用机械 喷涂,只能采用手工喷涂方法,施工质量难以控制, 所以研究海洋平台立管的腐蚀问题和防护措施任重 而道远。 参考文献 [1]宋儒鑫.海洋立管介绍[J].中国造船,2002,432 238293. 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