中國石油大學(xué)（北京）管道技術(shù)與安全研究中心與國際材料力學(xué)工程科學(xué)學(xué)會(huì)（IMMETS）組織國內(nèi)外多家完整性技術(shù)團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)了管道完整性與安全超級(jí)評(píng)價(jià)系統(tǒng)V4.0（Pipeline Integrity and Safety Super-Assessment System V4.0，以下簡稱超級(jí)評(píng)價(jià)系統(tǒng)）。該系統(tǒng)是目前國際上覆蓋標(biāo)準(zhǔn)最多，功能點(diǎn)最多，適用于各類輸送介質(zhì)的管道完整性和安全評(píng)估軟件，具有較好的界面和良好的計(jì)算精度。該軟件開發(fā)范圍包括多項(xiàng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如DNVRP F101評(píng)價(jià)、ASME B31.G評(píng)價(jià)、Rstreng評(píng)價(jià)、 Modified B31.G評(píng)價(jià)、美國石油學(xué)會(huì)API 579適用性評(píng)價(jià)、英國國家標(biāo)準(zhǔn)金屬結(jié)構(gòu)可接受性BS7910適用性評(píng)價(jià)、美國石油學(xué)會(huì)API1104等標(biāo)準(zhǔn)，參考了英國中央電力局CEGB-R6、德國GKSS研究中心EFAM-ETM的工程缺陷評(píng)定方法、歐洲共同體結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)方法SINTAP，主要模型依據(jù)是上述標(biāo)準(zhǔn)中的經(jīng)典計(jì)算算法。

1 超級(jí)評(píng)價(jià)系統(tǒng)概述

超級(jí)評(píng)價(jià)系統(tǒng)可以對(duì)油氣管道中的裂紋型、體積型和幾何缺陷進(jìn)行安全評(píng)定。裂紋型缺陷又可分為長大型和非長大型缺陷。對(duì)于非長大型缺陷主要是對(duì)管道的剩余強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià), 解決管道母材和焊縫在當(dāng)前運(yùn)行工況條件下能否安全運(yùn)行, 提供管道升壓、降壓和維修、更換指南。對(duì)于含長大型缺陷管道除按非長大型缺陷進(jìn)行評(píng)價(jià)外, 則根據(jù)缺陷的長大規(guī)律對(duì)管道剩余壽命進(jìn)行預(yù)測, 確定管道的檢測與維修周期。對(duì)于體積型缺陷可以進(jìn)行管道結(jié)構(gòu)的極限承載能力分析和安全評(píng)價(jià)。此外，根據(jù)用戶不同要求，超級(jí)評(píng)價(jià)系統(tǒng)還可以用來確定管道母材和焊縫在不同工況下的臨界缺陷尺寸，通過疲勞強(qiáng)度分析，分析管道免于脆斷的韌性要求等。

本軟件系統(tǒng)同時(shí)也考慮氫致開裂斷裂完整性評(píng)價(jià)判據(jù)，通過研究氫濃度對(duì)管道斷裂的影響，重新建立了管道新的失效評(píng)定關(guān)系，并給出失效評(píng)定圖，確定一定輸送壓力和H2S含量下，含裂紋缺陷管道的安全度和安全范圍，并在軟件中給出了安全系數(shù)。

本軟件系統(tǒng)的壽命預(yù)測模塊是基于內(nèi)檢測數(shù)據(jù)對(duì)齊理論，同時(shí)考慮材料疲勞模型，綜合給出缺陷內(nèi)檢測數(shù)據(jù)的發(fā)展速率與疲勞擴(kuò)展速率，自動(dòng)剔除內(nèi)檢測數(shù)據(jù)中的不正確數(shù)據(jù)，通過整體對(duì)齊和疲勞強(qiáng)度理論精確的預(yù)測管道的剩余壽命。

超級(jí)評(píng)價(jià)系統(tǒng)對(duì)管道缺陷評(píng)價(jià)分四種情況處置。

(1) 對(duì)安全生產(chǎn)不造成危害的缺陷允許存在。

(2) 對(duì)安全性雖不造成危害但會(huì)進(jìn)一步發(fā)展的缺陷要進(jìn)行壽命預(yù)測,并允許在監(jiān)控下使用。

(3) 若含缺陷構(gòu)件降級(jí)使用時(shí)可保證安全可靠性要求，可降級(jí)使用。

(4) 對(duì)含有對(duì)安全可靠性構(gòu)成危脅的缺陷的構(gòu)件，應(yīng)立即采取措施，返修或停用。

2 軟件模塊和模型

2.1 軟件系統(tǒng)模塊

（1）管道API579適用性評(píng)價(jià)軟件/API 579 for Pipeline System。

（2）管道國際缺陷評(píng)價(jià)軟件(DNV-RP101\ASMEB31.G)/Pipeline Defects Assessment based on International Standards。

（3）管道焊縫評(píng)估系統(tǒng)軟件/Pipeline Welding Assessment System。

（4）管道BS7910 評(píng)估軟件/BS7910 Assessment Software。

（5）管道氫致開裂完整性評(píng)價(jià)與壽命預(yù)測系統(tǒng)/Pipeline HIC Assessment and Life Predict System。

（6）管道內(nèi)檢測數(shù)據(jù)對(duì)齊與評(píng)價(jià)系統(tǒng)/Pipeline ILI Data Alignment and Assessment System。

（7）管道焊縫底片缺陷自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)/Pipeline Welds Image Recognition and Assessment System。

上述模塊全部集成在一個(gè)平臺(tái)上，形成超級(jí)評(píng)價(jià)軟件包，其界面如圖1所示。

圖1  軟件系統(tǒng)界面

2.2  軟件使用模型

軟件使用模型包括斷裂評(píng)估模型，壽命疲勞模型，凹陷評(píng)估模型，腐蝕評(píng)估模型，缺陷定性評(píng)估模型，缺陷定量評(píng)估模型，ASME b31.G 評(píng)估、Rstreng評(píng)價(jià)、 Modified B31.G評(píng)價(jià)模型，DNVRP F101評(píng)價(jià)模型，氫致開裂評(píng)價(jià)模型，HIC評(píng)估模型，管道焊縫底片缺陷識(shí)別模型，基于內(nèi)檢測數(shù)據(jù)的自動(dòng)對(duì)齊模型，管道材料疲勞模型，管道應(yīng)力應(yīng)變場力學(xué)模型。

3 軟件功能及特點(diǎn)

3.1  軟件功能

 超級(jí)評(píng)價(jià)系統(tǒng)軟件可以對(duì)油氣管道中的裂紋型和體積型缺陷以及凹坑進(jìn)行安全評(píng)定。主要功能包括體積型缺陷極限承載能力分析、裂紋型缺陷剩余強(qiáng)度評(píng)定、含缺陷管道剩余壽命預(yù)測,溫度使用范圍評(píng)估，凹坑缺陷可修復(fù)性評(píng)估，氫致開裂斷裂評(píng)估、焊縫底片缺陷自動(dòng)識(shí)別評(píng)估等，具體包括以下內(nèi)容。

（1）含體積型缺陷管道結(jié)構(gòu)的極限承載能力分析和安全評(píng)價(jià)。

（2）確定管道在不同工況下的臨界缺陷尺寸，分析管道免于脆斷的韌性。

（3）含體積型缺陷管道極限承載能力分析。

（4）含裂紋型缺陷管道剩余強(qiáng)度評(píng)定。

（5）含缺陷管道剩余壽命預(yù)測（疲勞）。

（6）幾何變形評(píng)價(jià)。

（7）DNVRP F101許用應(yīng)力法和分安全系數(shù)體積型方法評(píng)價(jià)。

（8）ASME B31.G方法體積型缺陷評(píng)價(jià)。

（9）Rstreng方法體積型缺陷評(píng)價(jià)。

（10）Modified B31.G體積型缺陷評(píng)價(jià)。

（11）焊縫NDT缺陷評(píng)價(jià)。

（12）服役溫度下材料性能評(píng)價(jià)。

（13）焊縫底片識(shí)別與評(píng)價(jià)。

（14）基于數(shù)據(jù)對(duì)齊的腐蝕壽命預(yù)測評(píng)價(jià)。

3.1.1  體積型缺陷極限承載能力分析

含體積型缺陷管道一般是塑性失穩(wěn)失效，極限承載能力（或極限載荷）是衡量該類結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)。評(píng)價(jià)點(diǎn)(Kr，Lr)一般落在接近評(píng)價(jià)曲線右下角的區(qū)域（即塑性失穩(wěn)區(qū)）。

極限承載能力與管道參數(shù)以及管材性能有關(guān)。缺陷尺寸和分布形態(tài)（位置、走向）的影響很大。一般缺陷尺寸越大，管道的極限承載能力越低，結(jié)構(gòu)的安全性越低。

3.1.2  裂紋型缺陷剩余強(qiáng)度評(píng)定分析

含裂紋型缺陷管道隨著服役條件變化，容易發(fā)生斷裂失效事故。評(píng)價(jià)點(diǎn)(Kr，Lr)一般落在評(píng)價(jià)曲線左上角或中部區(qū)域（即單純斷裂以及斷裂/塑性失穩(wěn)混合區(qū)）。

對(duì)于非長大型缺陷或者是長大型缺陷的現(xiàn)狀可以進(jìn)行管道的剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià), 解決管道在當(dāng)前運(yùn)行工況條件下能否安全運(yùn)行, 提供管道升壓和降壓、維修和更換指南。

3.1.3 含缺陷管道剩余壽命預(yù)測分析

對(duì)于含長大型缺陷管道,可以根據(jù)缺陷的長大規(guī)律對(duì)管道剩余壽命進(jìn)行預(yù)測, 確定管道的檢測與維修周期。

（1）剩余壽命可用合理的確定性參數(shù)加以計(jì)算。如均勻腐蝕時(shí)能計(jì)算出FCA (金屬管道未來腐蝕裕度)，而剩余壽命就等于用假定的腐蝕速度除以未來的腐蝕裕量。該腐蝕速度是根據(jù)過去的壁厚數(shù)據(jù)、腐蝕設(shè)計(jì)曲線；或按相同服役條件下，構(gòu)件的腐蝕經(jīng)驗(yàn)確定出來的。

（2） 沒有或幾乎沒有剩余壽命。為了后續(xù)操作，可采用一些必要的補(bǔ)救措施，如對(duì)已損害的構(gòu)件進(jìn)行修復(fù)、使用襯里或涂層以隔絕環(huán)境，以及實(shí)時(shí)監(jiān)測等。

（3）針對(duì)母材和焊縫裂紋擴(kuò)展的壽命評(píng)價(jià)，軟件提供了三種裂紋擴(kuò)展機(jī)理：疲勞、環(huán)境裂紋、蠕變裂紋增長，可以計(jì)算管道壽命，也可以計(jì)算臨界裂紋尺寸。

3.2  軟件特點(diǎn)

3.2.1  形成評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫

軟件系統(tǒng)將評(píng)價(jià)計(jì)算基本情況寫入數(shù)據(jù)庫中，便于統(tǒng)計(jì)查詢。評(píng)價(jià)要素如下：管線名稱、管線外徑、管線起點(diǎn)位置、管線終點(diǎn)位置、建設(shè)時(shí)間、管段評(píng)價(jià)位置樁號(hào)、評(píng)價(jià)人員、輸入評(píng)價(jià)日期、結(jié)構(gòu)類型、材料類型、母材或焊縫、分析類型、缺陷深度、缺陷長度,、缺陷寬度、安全評(píng)價(jià)結(jié)論等。

3.2.2   評(píng)價(jià)報(bào)告自動(dòng)輸出

本軟件系統(tǒng)可自動(dòng)生成完整性評(píng)價(jià)報(bào)告，給出評(píng)價(jià)輸入數(shù)據(jù)表格、評(píng)價(jià)參數(shù)使用過程、評(píng)價(jià)報(bào)告結(jié)論等，方便評(píng)價(jià)人員編制報(bào)告時(shí)使用。

3.2.3  評(píng)價(jià)人員易入門

該系統(tǒng)是一款適用于自學(xué)的軟件系統(tǒng)，入門操作簡單，無需操作人員了解斷裂力學(xué)、材料力學(xué)等相關(guān)專門知識(shí)，只需知道材料、缺陷尺寸、運(yùn)行壓力、設(shè)計(jì)壓力、管體尺寸即可進(jìn)行完整性評(píng)價(jià)，

4 未來展望

通過近5年的推廣應(yīng)用，超級(jí)評(píng)價(jià)系統(tǒng)正逐步發(fā)展完善。隨著內(nèi)檢測精度的提高，以及焊縫底片識(shí)別模型、內(nèi)檢測數(shù)據(jù)對(duì)齊模型等自動(dòng)壽命分析模塊功能不斷提升，未來向著大數(shù)據(jù)、人工智能方向發(fā)展，最終形成全球領(lǐng)先的智能化管道完整性評(píng)價(jià)分析系統(tǒng)，應(yīng)用前景非常廣闊。

董紹華教授： 1972年生，中國石油大學(xué)（北京）教授，博士生導(dǎo)師，管道技術(shù)與安全研究中心主任。管道完整性與安全技術(shù)專家；第五屆國家安全生產(chǎn)專家組成員；國家質(zhì)檢總局特種設(shè)備壓力管道技術(shù)委員會(huì)委員； NACE STAG 75 完整性技術(shù)專家委員會(huì)主席；北京石油學(xué)會(huì)理事兼石油應(yīng)用與儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)委員會(huì)主任；擔(dān)任2017年國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“公共安全專項(xiàng)”國家儲(chǔ)備庫安全項(xiàng)目首席。主要研究方向?yàn)楣艿劳暾�性管理技術(shù)、管道安全評(píng)價(jià)技術(shù)、管道信息大數(shù)據(jù)工程技術(shù)等。曾獲省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)25項(xiàng)，參與編制行業(yè)、企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)40余部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文90余篇。