海底管道與岸上或海上平臺(tái)的生產(chǎn)設(shè)備之間的連接管路或撓性軟管稱為管道立管，區(qū)別于連接海底井口與平臺(tái)或浮體之間的鉆井隔水管立管。立管系統(tǒng)包括立管管段和支承構(gòu)件兩部分,立管管段由海底管段、過渡段、垂直管段、甲板管段及膨脹彎管等組成。海底管段是與海底完全接觸或完全埋入海底的部分,它是完全固定的管段,作為立管系統(tǒng)的邊界嵌固點(diǎn)。過渡段是從嵌固點(diǎn)到平臺(tái)垂直立管間的管段,包括膨脹彎,它可以沿軸線移動(dòng)。甲板管段是平臺(tái)甲板上的管段,它可加強(qiáng)立管端部的剛度。本文檢測(cè)和研究的對(duì)象主要針對(duì)于管道立管的垂直管段，目標(biāo)垂直管段如圖所示。

目標(biāo)垂直管段圖

　　工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用各種各樣的無損檢測(cè)(NDT)技術(shù)對(duì)立管系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。雖然檢測(cè)技術(shù)不能夠提供實(shí)時(shí)檢測(cè)信息，只能提供檢測(cè)那一時(shí)刻或者時(shí)間段立管的動(dòng)力響應(yīng)或者結(jié)構(gòu)損壞程度，但有計(jì)劃間斷性的檢測(cè)數(shù)據(jù)卻能為立管完整性管理提供評(píng)估基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。目前，挪威船級(jí)社標(biāo)準(zhǔn)DNV-RP-F206是立管完整性管理的指導(dǎo)性文件，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)檢測(cè)方法有較為系統(tǒng)的描述，通常使用的檢測(cè)方法有：直觀檢測(cè)技術(shù)(VIT)、超聲波檢測(cè)(UT)、電磁場(chǎng)檢測(cè)、電場(chǎng)測(cè)試、磁場(chǎng)檢測(cè)和放射線檢測(cè)(RT)，在具體使用中，可根據(jù)下表各種檢測(cè)方法特性選擇檢測(cè)方法，以達(dá)到預(yù)期效果并能夠滿足完整性管理要求。

　　筆者采用的是遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)方法(RFT)對(duì)立管進(jìn)行腐蝕缺陷檢測(cè)，也是國(guó)內(nèi)首次對(duì)在服役的立管進(jìn)行RFT。為了給立管的完整性評(píng)估提供可靠的數(shù)據(jù)，還用有限元方法對(duì)立管腐蝕缺陷進(jìn)行三級(jí)評(píng)價(jià)。綜合考慮了環(huán)境影響因素和功能施加載荷對(duì)管道的作用，除了傳統(tǒng)分析方法考慮的內(nèi)壓外，還需對(duì)管道有限元模型施加一定的軸向力，對(duì)于特殊管段還需施加彎矩。現(xiàn)實(shí)中管道的腐蝕缺陷形狀不甚規(guī)律，用實(shí)際幾何模型模擬幾乎不可能，在建立有限元實(shí)體模型需對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，在ANSI/ASME中，腐蝕缺陷通常理想化成半橢球狀。根據(jù)B31G準(zhǔn)則，應(yīng)對(duì)短缺陷用橢圓拋物線形模型進(jìn)行模擬，對(duì)長(zhǎng)缺陷應(yīng)用長(zhǎng)方形模型進(jìn)行模擬。

　　對(duì)于缺陷深度，ASME中規(guī)定，當(dāng)腐蝕最大深度小于壁厚的20%時(shí)，含該缺陷的腐蝕區(qū)的管道仍可使用。當(dāng)腐蝕最大深度大于壁厚的80%時(shí)，含該缺陷的腐蝕區(qū)的管道必須更換或者修復(fù)，而在實(shí)際工程中，缺陷深度一般小于70%。對(duì)于腐蝕環(huán)向?qū)挾龋趦?nèi)壓作用時(shí)，環(huán)向?qū)挾葘?duì)極限載荷影響很小。而在有彎矩作用時(shí)，環(huán)向?qū)挾葘?duì)極限載荷有較大影響。由此，對(duì)腐蝕立管進(jìn)行模擬有限元分析，首先需要對(duì)立管進(jìn)行簡(jiǎn)化，以方便進(jìn)行計(jì)算。以下是筆者用有限元建立的長(zhǎng)/短缺陷網(wǎng)格及Mises應(yīng)力云圖。

有限元建立的長(zhǎng)/短缺陷網(wǎng)格及Mises應(yīng)力云圖

　　立管與普通長(zhǎng)輸管線，海底埋地管道所研究側(cè)重點(diǎn)略有不同，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范并不能對(duì)徑厚比小，高強(qiáng)度鋼材，甚至具有一定不直度的立管尤其是管道立管，進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。需要運(yùn)用有限元仿真模擬的計(jì)算方法，準(zhǔn)確的施加環(huán)境載荷和功能載荷共同作用產(chǎn)生的內(nèi)壓，軸向力和彎矩，才能較為客觀的反映出管道的疲勞強(qiáng)度和剩余壽命，對(duì)腐蝕管道做出3級(jí)評(píng)價(jià)，為立管完整性管理提供確實(shí)可靠的數(shù)據(jù)。