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上海交通大学博士学位论文 第六章运营期海底管道的裂纹缺陷评估 摘要：裂纹缺陷是威胁海底管道安全的主要缺陷之一。运营期海底管道的裂纹 缺陷评估主要包括有裂纹缺陷的海底管道的剩余强度评估和剩余寿命评估。本 文研究了海底管道裂纹缺陷评估原理，分析比较了几种常用的管道裂纹缺陷评 估方法。引入了一种裂纹缺陷剩余强度计算的工程估算方法，并就海底管道的 特点，提出了剩余强度评估的许用载荷计算步骤和公式。探讨了裂纹缺陷扩展 的一般规律，总结了裂纹缺陷扩展在管道剩余寿命预测中的应用，分析了海底 管道裂纹缺陷的剩余寿命预测的具体步骤和方法。 §6．1引言 海底管道的运营阶段是海底管道全生命周期中的最重要的阶段，在海底管 道的运营阶段对海底管道的缺陷评估也是海底管道全生命周期缺陷评估的重 点。在设计阶段和安装阶段的海底管道的缺陷评估，都是为了保证海底管道在 运营阶段具有安全性。国内外对海底管道的缺陷评估研究的最多的也是运营期 的缺陷评估。 海底管道进入运营期以后，由于海底管道承受一些交变载荷，在海底管道 建造材料中的小裂纹、焊接阶段没有返修的小裂纹，以及由于腐蚀而产生的小 缺陷，在交变载荷的作用下，都会扩展，最后可能会导致海底管道的失效，因 此，对海底管道的运营期内的裂纹缺陷评估，是保证海底管道安全运营的重要 手段。 海底管道的裂纹的产生和扩展，最终导致海底管道的断裂。常用的研究和 解决断裂问题的工具是断裂力学。在20世纪50、60年代，管道的断裂多为脆 性断裂，研究脆性断裂问题的判据主要是能量释放率判据和应力强度因子判据。 进入70年代以来，人们更多地是利用弹塑性断裂力学来研究和解决管道的断裂 事故。以英国为代表的COD理论和以美国为代表的J积分理论均得到了相应的 应用。鉴于脆性断裂和延性断裂不能截然分开，英国中央电力局(CEGB)于 1988年和英国标准协会于1993年推出了双判据法，这是目前有效而且可靠的方 法，但偏于保守。 随着断裂力学的发展和世界各国对管道断裂安全的研究，已经出现了很多 第七章运营期海底管道的腐蚀缺陷评估 以断裂力学为基础的裂纹缺陷评估技术和方法。常用的评定规程有CEGB的R6 方法、美国电力研究院的EPRI方法、美国石油协会的API579适用性评价方法 和、美国机械工程协会的ASME IWB．3650以及BS7910方法。 根据本文第二章所述，运营期海底管道的缺陷评估内容主要包括含裂纹海 底管道剩余强度分析和含裂纹海底管道剩余寿命分析。本文在现有的管道缺陷 评估技术和规程上，探讨运营期的海底管道的裂纹缺陷评估。 §6．2裂纹缺陷评估原理 裂纹缺陷的评估内容包括剩余强度评估和剩余寿命预测。裂纹缺陷的剩余 强度评估原理是以弹塑性断裂力学为基础，采用失效评定图(FAD)的方法进 行剩余强度评估，防止海底管道在工作载荷的作用下发生起裂，从而导致管道 失效。建立在J积分理论基础上的失效评定图有以下优点： (1)．失效评定曲线是严格按照弹塑性断裂理论建立的，且以J积分为基础。 而评价时只要按线弹性的强度因子K进行简单计算即可； (2)．可以科学的求出海底管道当前载荷与极限载荷之间的比值，即可知道 其安全裕度； (3)．可同时完成脆断、弹塑性断裂和塑性失稳三种失效模式的评价，还可 以判断管道发生失效时的失效模式。 另外，采用失效评定图具有方便、易于接受的特点，已经得到大量的试验 支持，并在管道的断裂分析一L得到了成功的应用。 裂纹缺陷的剩余寿命预测是以裂纹扩展分析为基础的，主要是利用Paris公 式来计算裂纹缺陷的剩余寿命，许多研究人员已经成功的利用Paris预测了裂纹 的剩余寿命。 §63裂纹缺陷评估方法 随着缺陷评估技术的发展，目前有许多缺陷评估方法可以用来评估裂纹缺 陷，其种得到工程验汪并普遍采用的方法主要有R6方法、APl579方法、BS7910 方法以及必威体育精装版的SINTAP等。 §6．3．1R6方法 R6方法h”3，即“含缺陷结构完整性评定标准”，是英国中央电力局于1976 上海交通大学博士学位论文 年基于结构塑性失稳和线弹性断裂力学开发的静态韧性／脆性断裂评定方法。自 1976年问世以来，R6方法已经经过了4次修订。该技术使用缺陷评定图(FAD) 曲线，根据已知材料、载荷数据的不同，共