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摘要：随着时间的推移，我国许多输油管道由于本身材质的老化$腐蚀$凝管$遭遇自然灾害等，造成了输油管道逐渐进入“老龄期”。我国在运营的油气管道中，大部分的管道已经老龄化，在使用的过程中难免出现事故隐患，爆管、断管、管体腐蚀以及泄露等重大事故逐年上升，严重影响到了我国输油管道的正常运行和周围的自然环境。本文就以腐蚀油气管道维修技术为研究对象，提出有效维修决策。
关键词：油气管道、腐蚀问题、维修技术、失效概率
我国许多在役油气管道已处于或即将进入老龄阶段，其结构性能退化非常严重，难以承受大量的工作、环境及外部载荷的影响，从而导致管道的结构安全可靠性问题日益突出。因此，有必要对在役油气管道系统的腐蚀缺陷进行安全评估，通过腐蚀评估可以量化其结构性能的衰减程度，并为优化维修决策方案提供依据
1.管道腐蚀失效概率
管道的缺陷尺寸、操作压力、腐蚀增长速率、屈服应力和几何特性等随机变量都存在不确定性。所以，腐蚀管段的剩余强度Ｑ是一个随时间变化的多个随机变量的函数，主要取决于管线腐蚀后金属损失量与完好管线的比值。Kiefner提出一种评估管道腐蚀缺陷失效压力Ｑ的模型：
式中，A是腐蚀区域在管段纵轴向投影的面积，A0是腐蚀区初始面积，M是考虑管道失效前发生鼓包的傅里叶系数，σ，f是流变应力，W是管道壁厚，D0是管道直径。腐蚀区面积A可以近似地表示为：A=h×1其中ｈ和ｌ分别表示缺陷的平均
深度和轴向长度。初始面积A0=w×1，假定把A和A0代入上式中，可得：
当管道的抗力低于管道的操作压力P0时，会发生失效。腐蚀缺陷在给定0～ｔ时间内的失效概率可表示为式中，Ｐ[Ｅ]表示事件Ｅ的发生概率；Ｑ（ｔ）为ｔ时刻腐蚀缺陷失效压力；已知输入变量的分布，用一阶可靠性理论求得是一个不随时间变化的随机变量。通常，失效概率是指每公里管道的失效概率【1】。假定腐蚀缺陷在管道走向上随机产生，并且每个缺陷的失效都是独立的，与其它缺陷无关，可得每公里管道的失效概率为：式中，ｎ是每公里管道存在腐蚀缺陷的平均个数。
2.判定方法
为直观反映缺陷维修响应级别，通过绘制ERF曲线图来描述缺陷尺寸与压力之间的关系：以缺陷长度为横坐标，深度为纵坐标，绘制ERF为定值的曲线。如ERF=1曲线，表示曲线上任意一点所对应的缺陷，在其长度和深度下，缺陷的最大安全运行压力等于最大允许运行压力，即曲线上任意一点的缺陷尺寸稍有增长就无法满足最大允许运行压力要求。因此依据缺陷尺寸，若缺陷位于曲线上方，表示该缺陷当前尺寸是不可接受的，需要立即维修；位于下方时，表示是可接受的，应考虑计划维修或监测使用。若确定计划响应缺陷临界条件，可根据ERF曲线进一步判定需要计划修复的缺陷。
以管道里程为横坐标，压力为纵坐标，绘制管道里程-压力图。根据缺陷最大安全工作压力或预测失效压力，在图中描绘所有腐蚀缺陷，并标示出管道最大允许运行压力或各响应级别对应的界限压力，即可判定腐蚀缺陷维修响应级别或在特定压力下的安全程度，并明确腐蚀较集中或严重的管段区域，同时可实现腐蚀缺陷定位，便于缺陷的查找和定点开挖修复。
以缺陷长度为横坐标，压力为纵坐标，绘制缺陷深度取一系列定值时的一组预测失效压力曲线，得到缺陷尺寸-压力关系图。
在图中标示出管道最大允许运行压力或各响应级别对应的界限压力，即可直接根据缺陷尺寸信息判定腐蚀缺陷维修响应级别，或明确缺陷在特定压力下的安全程度。ERF曲线图、管道里程-压力图在我国油气管道行业已有应用，可以较直观地判定管道缺陷维修响应级别，但缺陷尺寸-压力关系图未见应用，相对而言，该图无需缺陷剩余强度信息，可直接根据缺陷尺寸进行判定，具有很好的工程应用性。
3.计划响应时间
对于随时间生长的腐蚀类缺陷而言，确定缺陷响应级别只是维修响应计划的一部分，关键还是确定每个计划响应类缺陷的具体响应时间，计划响应时间至少应保证在缺陷剩余寿命之前完成维修响应。工程实际中，多以一定可接受概率下的剩余寿命作为确定维修准则和检测周期等策略的依据。
一般情况下，进行缺陷维修需要经过立项到审批等一系列手续，耗时较长，为保证管道安全性，缺陷计划响应时间通常可以用缺陷剩余寿命乘以一个小于1的系数。综合考虑，此处以缺陷达到立即响应条件的时间作为计划响应时间，并以缺陷深度达到壁厚80％，或ERF达到1作为立即响应条件；不考虑腐蚀影响因素的不确定性，分别确定缺陷深度和剩余强度达到临界值即ERF达到1的时间，数值较小者即为缺陷计划响应时间。
以ASMEB31G-2012《腐蚀管道剩余强度评价手册》为例，其中剩余强度评价模型以缺陷深度和长度计算预测失效压力，故缺陷计划响应时间与缺陷深度和长度的生长速率相关。为分析缺陷长度和深度相对于预测失效压力的敏感性，以f406×7。1的X60管道为例，基于ASMEB31G-2012剩余强度评价模型，绘制缺陷尺寸-压力关系曲线。以缺陷长度为横坐标，压力为纵坐标，分别绘制缺陷深度为管道壁厚10％～80％的预测失效压力曲线（图1）。从图中可知：随缺陷长度增加，曲线趋于平缓，说明缺陷越长，对应的预测失效压力对长度敏感性越小。由此，基于剩余强度进行缺陷计划响应时间计算时，对于ASMEB31G-2012中定义的长缺陷，即长度满足L2/dt＞50的缺陷，可忽略缺陷长度生长对计划响应时间的影响；对于短缺陷，即长度满足L2/dt≤50的缺陷，应同时考虑深度和长度的生长，确定缺陷剩余强度达到临界值的最短时间。
图1-缺陷深度为管道壁厚10%～80%的预测失效压力曲线
根据ASMEB31G-2012，图1所示管道对应的缺陷临界长度为380mm。假设该管道的设计系数为0.72，则缺陷立即响应对应的剩余强度条件为pF≤1.39MAOP。从图1可以看出，只要满足1.39MAOP≥5.92MPa，即管道最大允许运行压力不低于4.26MPa，所有长缺陷的临界剩余强度对应的深度必然小于壁厚的80％，特定缺陷达到临界剩余强度时的深度为缺陷长度为给定值和压力为1.39MAOP对应点的深度。
结束语：
综上所述，以ERF作为缺陷维修响应级别判定依据，考虑了管道设计系数的影响，该方法较标准SY/T6151－2009、API1160-2013和ASMEB31.8S-2014中的判定条件更为安全合理，符合中国油气管道距离长、途经地区条件复杂多变等管道现状。缺陷计划响应时间以立即响应条件为临界点，考虑了管道设计系数，维修响应计划更具针对性。不考虑腐蚀影响因素的不确定性，对于长缺陷，计划响应时间主要取决于缺陷深度生长速率，短缺陷应同时考虑深度和长度生长。
参考文献：
[1]李亚云。基于生存分析的油气输送腐蚀管道维修策略研究[D]。西安建筑科技大学，2017。