2020年安全評價師考試要點：含腐蝕缺陷管道的安全評價

1 管道極限載荷的有限元分析

本文研究對象為一含硫天然氣輸送管道的彎管段，管道材質為20#鋼，工作溫度為常溫，工作壓力0.05MPa，最小屈服強度3 13.95MP，管材的裂紋尖端張開位移(CTOD)值&=0.068mm，焊縫系數為0.8 。該管段在內部介質作用下，出現比較嚴重的腐蝕和減薄現象，最大蝕坑深度為3.8mm，最大縱向投影長度6mm，環(huán)向腐蝕長度120mm，利用有限元法分析其極限承載情況如下：

( 1 )有限元模型。管段的有限元單元模型共劃分1969個單元，4450個節(jié)點。

( 2 )材料的本構模型。材料的本構模型 (應力應變關系)用雙線性表示。經計算分析。材料的塑性極限許用應力值為294MPa。

( 3) 彎管的彈塑性分析。當內壓增大到6MPa時， 管道內彎處局部材料開始進人屈服狀態(tài)， 但其屈服區(qū)域較小。此時屈服區(qū)域外圍未屈服的材料可限制屈服區(qū)域材料的變形， 隨載荷的增加， 管道不會無限制地變形， 因此管段還有進一步承載的能力。

當內壓達到9.7MPa時，最大應力處沿厚度方向整體屈服。由于屈服區(qū)域較大，此時隨載荷的增加，屈服區(qū)域外圍未屈服的材料已無法限制屈服區(qū)域中心部位的變形。因此管道此時已完全達到其塑性極限狀態(tài)，塑性極限內壓為9.7MPa。

2 標準對管道腐蝕缺陷的評價

SY/T6151-1995《 鋼質管道管體腐蝕損傷評價方法》標準是在消化吸收ASME B3lG基礎上制訂的，考慮了環(huán)向腐蝕的影響，并將腐蝕區(qū)面積折算成當量半裂紋長，采用斷裂力學分別計算環(huán)向和軸向所能承受的 最大壓力值。為便于對該標準的使用，本文作者用 matlab軟件編制了與標準相配套的分析計算程序。將上述有關原始數據輸人程序，可直接求得該含缺陷管道的極限壓力為9.5MP，評定腐蝕類型為第2類，屬“ 管體腐蝕尚不很嚴重，能夠維持正常運行”的情況。由此可知，標準SY/T6151-1995求得的極限壓力與有限元法求得的結果接近。

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