海底管道與岸上或海上平臺的生產(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)到平臺垂直立管間的管段,包括膨脹彎,它可以沿軸線移動。甲板管段是平臺甲板上的管段,它可加強(qiáng)立管端部的剛度。本文檢測和研究的對象主要針對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(NDT)技術(shù)對立管系統(tǒng)進(jìn)行檢測。雖然檢測技術(shù)不能夠提供實(shí)時(shí)檢測信息，只能提供檢測那一時(shí)刻或者時(shí)間段立管的動力響應(yīng)或者結(jié)構(gòu)損壞程度，但有計(jì)劃間斷性的檢測數(shù)據(jù)卻能為立管完整性管理提供評估基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。目前，挪威船級社標(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)對檢測方法有較為系統(tǒng)的描述，通常使用的檢測方法有：直觀檢測技術(shù)(VIT)、超聲波檢測(UT)、電磁場檢測、電場測試、磁場檢測和放射線檢測(RT)，在具體使用中，可根據(jù)下表各種檢測方法特性選擇檢測方法，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)場渦流檢測方法(RFT)對立管進(jìn)行腐蝕缺陷檢測，也是國內(nèi)首次對在服役的立管進(jìn)行RFT。為了給立管的完整性評估提供可靠的數(shù)據(jù)，還用有限元方法對立管腐蝕缺陷進(jìn)行三級評價(jià)。綜合考慮了環(huán)境影響因素和功能施加載荷對管道的作用，除了傳統(tǒng)分析方法考慮的內(nèi)壓外，還需對管道有限元模型施加一定的軸向力，對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)體模型需對其進(jìn)行簡化處理，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)對短缺陷用橢圓拋物線形模型進(jìn)行模擬，對長缺陷應(yīng)用長方形模型進(jìn)行模擬。

　　對于缺陷深度，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%。對于腐蝕環(huán)向?qū)挾龋趦?nèi)壓作用時(shí)，環(huán)向?qū)挾葘O限載荷影響很小。而在有彎矩作用時(shí)，環(huán)向?qū)挾葘O限載荷有較大影響。由此，對腐蝕立管進(jìn)行模擬有限元分析，首先需要對立管進(jìn)行簡化，以方便進(jìn)行計(jì)算。以下是筆者用有限元建立的長/短缺陷網(wǎng)格及Mises應(yīng)力云圖。

有限元建立的長/短缺陷網(wǎng)格及Mises應(yīng)力云圖

　　立管與普通長輸管線，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，對腐蝕管道做出3級評價(jià)，為立管完整性管理提供確實(shí)可靠的數(shù)據(jù)。