對海上在用金屬軟管進行適應性分析研究是十分必要的
針對埕島油田海上井組平臺金屬管理中出現的疲勞變形、滲漏斷裂等問題，從軟管疲勞壽命進行適應性分析研究，對軟管管理和使用提出建議。
【關鍵詞】金屬軟管;疲勞;壽命;漏蝕;失效;預防措施
波紋金屬軟管（簡稱金屬軟管）是現代工業管路中一種高品質的柔性管道。它主要由波紋管、網套和接頭組成。作為各類管路工程中柔性聯接元件，金屬軟管具有重量輕、體積小、耐腐蝕、耐高溫、承壓高，吸收振動、補償管道中大的位移偏差特點。目前，沒有任何機構或廠家對海上平臺金屬軟管的受力分析、位移補償量計算、安裝方式、使用壽命等進行評價、規范。所以，為保證工藝流程、集輸管路的平穩運行，對海上在用金屬軟管進行適應性分析研究是十分必要的。
1.海上平臺金屬軟管應用情況
目前海上平臺在用金屬軟管90余條，從安裝位置可分為：工藝流程，位于棧橋計量流程、混輸流程、海管外輸流程。從軟管外形可分為：直線型、U型管、B型管三類。特別是B型軟管，由兩條直線軟管通過90°剛性彎頭連接，能夠很好的補償安裝位置處的軸向、側向和角向位移（見下圖）。
圖1 B型安裝示意圖
2.軟管彎曲疲勞評價及疲勞壽命有限元分析
2.1軟管彎曲疲勞評價
金屬軟管依靠自身的彎曲變形來對系統進行位移補償的，常見變形形式如下圖所示：
直線型 U型管B型管
圖2 軟管變形補償位移量的形式
分析以往發生的軟管泄漏事故，一是軟管內部壓力直接作用，隨著壓力升高，軟管內應力交變次數超過極限，產生疲勞裂紋，本體受損，壓力驟然釋放，管線拉伸、收縮變形，造成斷裂；二是金屬軟管安裝后，流程管線受力位移，在補償位移量的過程中，長期處于彎曲變形，不能恢復正常的受力狀態，本體受力不均勻，循環壽命受損，彎曲壽命周期和安全性能降低，逐漸達到彎曲疲勞和屈服極限，在薄弱部位產生疲勞裂紋，導致刺漏。
2.2軟管疲勞疲勞的有限元分析
MSC?Fatigue軟件是一個通用性很強的基于有限元分析結果的疲勞分析設計工具，通過創建疲勞分析模型，設置疲勞分析參數，可用來靈活地計算、預測軟管的疲勞壽命，能夠很好地預測出波紋管壽命次數。在日常管理中，通過有限元計算，找出軟管薄弱部位，預測軟管疲勞壽命，便于加強重點部位巡檢，組織好到期軟管的強制更換，提高管理水平，更準確的對在用金屬軟管的安全性進行評價。
3.金屬軟管失效形式、漏蝕原因分析
金屬軟管的失效形式通常有以下幾種。
3.1金屬軟管中的波紋管發生開裂及泄漏
3.1.1焊縫開裂
金屬軟管中的柔性波紋管段，大多采用縱縫焊管。往往由于縱縫焊本身質量缺陷使管強度不夠導致焊縫處開裂破壞。這種破壞屬波紋管縱焊縫質量問題，可通過對進貨軟管的抽檢進行監督。
3.1.2腐蝕穿孔破壞
由于目前金屬軟管的材質大多為lCrl8Ni9Ti、OCrl8Ni9等奧氏體型不銹鋼，這些不銹鋼中含有較多的非金屬夾雜物（如硅酸鹽、氧化物、TiN等）。當管路中通腐蝕性介質時，就會在焊縫熔合線邊緣或其它薄弱點形成腐蝕性穿透微孔。
3.1.3疲勞破壞
在日常工作狀態下，金屬軟管受到循環載荷作用往往發生疲勞裂紋破壞。此種破壞屬正常失效，日常應加強巡檢，嚴格執行強制更換的規定。同時，按照規范安裝軟管，防止因安裝不當造成軟管產生扭曲等附加應力，縮短使用壽命。
3.2金屬軟管鎧裝鋼絲網套拉脫或斷裂使波紋管外鼓失效
金屬軟管中的不銹鋼絲網套主要是對波紋管起保護作用和承受波紋管內介質壓力(主要是軸向力)作用。網套包覆在波紋管外部，兩端與波紋管和端環及接頭焊接。
3.2.1環境影響
金屬軟管外套絲網在沿海含氯離子的潮濕大氣介質及拉應力共同作用下，部分發生氯離子應力腐蝕并斷裂，部分點蝕后斷裂，這是一個比較緩慢的逐步斷裂過程。當最后剩余的鋼絲不足以承受波紋管的內壓及熱膨脹載荷時全部被過載拉斷。在缺少絲網依托下，波紋管發生瞬時過度彎曲變形而在焊縫的薄弱區撕裂失效，導致軟管斷裂。
3.2.2安裝不當，造成絲網拉斷
軟管在安裝過程中，由于安裝不當，或承受壓力過高時，軟管將受到拉伸及扭曲作用，當拉伸或扭曲產生的應力超出軟管鋼絲網套的極限強度時，會使軟管三位一體焊接部位的網套或其它部位的網套拉斷，進而使波紋管外鼓拉伸破壞，引起原油泄漏。
3.2.3虛焊造成絲網套拉脫
由于焊接質量的原因，使波紋管、環和鋼絲網套在三位一體焊接過程中造成部份鋼絲的虛焊(過燒或末焊上)。這樣軟管裝入管路后由于鋼絲受力不均，在介質壓力作用下，虛焊處鋼絲先拉脫，使整個鋼絲網套拉脫，致使波紋管外鼓失效，發生危險。
3.3金屬軟管接頭(內連接部分）焊接質量缺陷，造成軟管泄漏失效
軟管管體在與軟管接頭焊接時，當操作不當時，會產生焊接缺陷，而這些缺陷在試壓檢查時又很難發現。當軟管接入介質管路，長期使用后會因疲勞等原因，使缺陷處發生裂紋或斷裂，最終造成輸送管路的介質泄漏。
3.4金屬軟管接頭(內連接部分）腐蝕失效，導致軟管介質泄漏
金屬軟管接頭材質均為1Crl8Ni9Ti或SUS304等不銹鋼。不銹鋼中的夾雜物（如硅酸鹽、氧化物等)，有時呈鏈狀分布狀態，當受到焊接的熱影響或酸性介質等作用時，會形成穿透微孔，使軟管內介質泄漏。為防止此種失效，建議選用合格的不銹鋼接頭材料及合理的焊接工藝。
4.預防措施及下步建議
4.1為更好地解決金屬軟管的應力腐蝕失效問題，建議絲網材質由1Crl8Ni9(0Cr18Ni9)改為UNS434(國產牌號為1Cr17Mo)鐵素體不銹鋼，波紋管本體材質由OCr18Ni9改為UNS 316(國產牌號為0Cr17Ni 12Mo2)，材料中含Mo可以抵抗點蝕，應力腐蝕開裂的發生與發展也較緩慢。
4.2開展好金屬軟管隱患治理工作，對各平臺棧橋、獨立樁晃動位移量、管線補償量進行核算，對于能夠補償位移的剛性管線，將軟管改為硬連接，降低日常管理難度和更換工作量。
4.3針對海上軟管使用情況，加強與相關部門的技術交流，編制海上金屬軟管使用規范，建立在用戶金屬軟管評價系統，對軟管的安裝、使用、管理和更換進行規范，提高日常管理水平。■
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