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）組織國內外多家完整性技術(shù)團隊成功開(kāi)發(fā)了管道完整性與安全超級評價(jià)系統V4.0（Pipeline Integrity and Safety Super-Assessment System V4.0，以下簡(jiǎn)稱(chēng)超級評價(jià)系統）。該系統是目前國際上覆蓋標準最多，功能點(diǎn)最多，適用于各類(lèi)輸送介質(zhì)的管道完整性和安全評估軟件，具有較好的界面和良好的計算精度。該軟件開(kāi)發(fā)范圍包括多項評價(jià)標準，如DNVRP F101評價(jià)、ASME B31.G評價(jià)、Rstreng評價(jià)、 Modified B31.G評價(jià)、美國石油學(xué)會(huì )API 579適用性評價(jià)、英國國家標準金屬結構可接受性BS7910適用性評價(jià)、美國石油學(xué)會(huì )API1104等標準，參考了英國中央電力局CEGB-R6、德國GKSS研究中心EFAM-ETM的工程缺陷評定方法、歐洲共同體結構完整性評價(jià)方法SINTAP，主要模型依據是上述標準中的經(jīng)典計算算法。

1 超級評價(jià)系統概述

超級評價(jià)系統可以對油氣管道中的裂紋型、體積型和幾何缺陷進(jìn)行安全評定。裂紋型缺陷又可分為長(cháng)大型和非長(cháng)大型缺陷。對于非長(cháng)大型缺陷主要是對管道的剩余強度進(jìn)行評價(jià), 解決管道母材和焊縫在當前運行工況條件下能否安全運行, 提供管道升壓、降壓和維修、更換指南。對于含長(cháng)大型缺陷管道除按非長(cháng)大型缺陷進(jìn)行評價(jià)外, 則根據缺陷的長(cháng)大規律對管道剩余壽命進(jìn)行預測, 確定管道的檢測與維修周期。對于體積型缺陷可以進(jìn)行管道結構的極限承載能力分析和安全評價(jià)。此外，根據用戶(hù)不同要求，超級評價(jià)系統還可以用來(lái)確定管道母材和焊縫在不同工況下的臨界缺陷尺寸，通過(guò)疲勞強度分析，分析管道免于脆斷的韌性要求等。

本軟件系統同時(shí)也考慮氫致開(kāi)裂斷裂完整性評價(jià)判據，通過(guò)研究氫濃度對管道斷裂的影響，重新建立了管道新的失效評定關(guān)系，并給出失效評定圖，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。

本軟件系統的壽命預測模塊是基于內檢測數據對齊理論，同時(shí)考慮材料疲勞模型，綜合給出缺陷內檢測數據的發(fā)展速率與疲勞擴展速率，自動(dòng)剔除內檢測數據中的不正確數據，通過(guò)整體對齊和疲勞強度理論精確的預測管道的剩余壽命。

超級評價(jià)系統對管道缺陷評價(jià)分四種情況處置。

(1) 對安全生產(chǎn)不造成危害的缺陷允許存在。

(2) 對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)行壽命預測,并允許在監控下使用。

(3) 若含缺陷構件降級使用時(shí)可保證安全可靠性要求，可降級使用。

(4) 對含有對安全可靠性構成危脅的缺陷的構件，應立即采取措施，返修或停用。

2 軟件模塊和模型

2.1 軟件系統模塊

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

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

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

（4）管道BS7910 評估軟件/BS7910 Assessment Software。

（5）管道氫致開(kāi)裂完整性評價(jià)與壽命預測系統/Pipeline HIC Assessment and Life Predict System。

（6）管道內檢測數據對齊與評價(jià)系統/Pipeline ILI Data Alignment and Assessment System。

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

上述模塊全部集成在一個(gè)平臺上，形成超級評價(jià)軟件包，其界面如圖1所示。

圖1  軟件系統界面

2.2  軟件使用模型

軟件使用模型包括斷裂評估模型，壽命疲勞模型，凹陷評估模型，腐蝕評估模型，缺陷定性評估模型，缺陷定量評估模型，ASME b31.G 評估、Rstreng評價(jià)、 Modified B31.G評價(jià)模型，DNVRP F101評價(jià)模型，氫致開(kāi)裂評價(jià)模型，HIC評估模型，管道焊縫底片缺陷識別模型，基于內檢測數據的自動(dòng)對齊模型，管道材料疲勞模型，管道應力應變場(chǎng)力學(xué)模型。

3 軟件功能及特點(diǎn)

3.1  軟件功能

 超級評價(jià)系統軟件可以對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、裂紋型缺陷剩余強度評定、含缺陷管道剩余壽命預測,溫度使用范圍評估，凹坑缺陷可修復性評估，氫致開(kāi)裂斷裂評估、焊縫底片缺陷自動(dòng)識別評估等，具體包括以下內容。

（1）含體積型缺陷管道結構的極限承載能力分析和安全評價(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度評定。

（5）含缺陷管道剩余壽命預測（疲勞）。

（6）幾何變形評價(jià)。

（7）DNVRP F101許用應力法和分安全系數體積型方法評價(jià)。

（8）ASME B31.G方法體積型缺陷評價(jià)。

（9）Rstreng方法體積型缺陷評價(jià)。

（10）Modified B31.G體積型缺陷評價(jià)。

（11）焊縫NDT缺陷評價(jià)。

（12）服役溫度下材料性能評價(jià)。

（13）焊縫底片識別與評價(jià)。

（14）基于數據對齊的腐蝕壽命預測評價(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失效，極限承載能力（或極限載荷）是衡量該類(lèi)結構的重要指標。評價(jià)點(diǎn)(Kr，Lr)一般落在接近評價(jià)曲線(xiàn)右下角的區域（即塑性失穩區）。

極限承載能力與管道參數以及管材性能有關(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，結構的安全性越低。

3.1.2  裂紋型缺陷剩余強度評定分析

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

對于非長(cháng)大型缺陷或者是長(cháng)大型缺陷的現狀可以進(jìn)行管道的剩余強度評價(jià), 解決管道在當前運行工況條件下能否安全運行, 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測分析

對于含長(cháng)大型缺陷管道,可以根據缺陷的長(cháng)大規律對管道剩余壽命進(jìn)行預測, 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加以計算。如均勻腐蝕時(shí)能計算出FCA (金屬管道未來(lái)腐蝕裕度)，而剩余壽命就等于用假定的腐蝕速度除以未來(lái)的腐蝕裕量。該腐蝕速度是根據過(guò)去的壁厚數據、腐蝕設計曲線(xiàn)；或按相同服役條件下，構件的腐蝕經(jīng)驗確定出來(lái)的。

（2） 沒(méi)有或幾乎沒(méi)有剩余壽命。為了后續操作，可采用一些必要的補救措施，如對已損害的構件進(jìn)行修復、使用襯里或涂層以隔絕環(huán)境，以及實(shí)時(shí)監測等。

（3）針對母材和焊縫裂紋擴展的壽命評價(jià)，軟件提供了三種裂紋擴展機理：疲勞、環(huán)境裂紋、蠕變裂紋增長(cháng)，可以計算管道壽命，也可以計算臨界裂紋尺寸。

3.2  軟件特點(diǎn)

3.2.1  形成評價(jià)數據庫

軟件系統將評價(jià)計算基本情況寫(xiě)入數據庫中，便于統計查詢(xún)。評價(jià)要素如下：管線(xiàn)名稱(chēng)、管線(xiàn)外徑、管線(xiàn)起點(diǎn)位置、管線(xiàn)終點(diǎn)位置、建設時(shí)間、管段評價(jià)位置樁號、評價(jià)人員、輸入評價(jià)日期、結構類(lèi)型、材料類(lèi)型、母材或焊縫、分析類(lèi)型、缺陷深度、缺陷長(cháng)度,、缺陷寬度、安全評價(jià)結論等。

3.2.2   評價(jià)報告自動(dòng)輸出

本軟件系統可自動(dòng)生成完整性評價(jià)報告，給出評價(jià)輸入數據表格、評價(jià)參數使用過(guò)程、評價(jià)報告結論等，方便評價(jià)人員編制報告時(shí)使用。

3.2.3  評價(jià)人員易入門(mén)

該系統是一款適用于自學(xué)的軟件系統，入門(mén)操作簡(jiǎn)單，無(wú)需操作人員了解斷裂力學(xué)、材料力學(xué)等相關(guān)專(zhuān)門(mén)知識，只需知道材料、缺陷尺寸、運行壓力、設計壓力、管體尺寸即可進(jìn)行完整性評價(jià)，

4 未來(lái)展望

通過(guò)近5年的推廣應用，超級評價(jià)系統正逐步發(fā)展完善。隨著(zhù)內檢測精度的提高，以及焊縫底片識別模型、內檢測數據對齊模型等自動(dòng)壽命分析模塊功能不斷提升，未來(lái)向著(zhù)大數據、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價(jià)分析系統，應用前景非常廣闊。

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(zhuān)家；第五屆國家安全生產(chǎn)專(zhuān)家組成員；國家質(zhì)檢總局特種設備壓力管道技術(shù)委員會(huì )委員； NACE STAG 75 完整性技術(shù)專(zhuān)家委員會(huì )主席；北京石油學(xué)會(huì )理事兼石油應用與儲運專(zhuān)業(yè)委員會(huì )主任；擔任2017年國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“公共安全專(zhuān)項”國家儲備庫安全項目首席。主要研究方向為管道完整性管理技術(shù)、管道安全評價(jià)技術(shù)、管道信息大數據工程技術(shù)等。曾獲省部級獎勵25項，參與編制行業(yè)、企業(yè)技術(shù)標準40余部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文90余篇。