设计阶段海底管道的缺陷评估方法研究

总结了海底管道的常规设计方法,探讨了设计阶段的海底管道缺陷评估的必要性.研究了设计阶段海底管道缺陷评估的主要内容,包括初始裂纹、临界裂纹缺陷的确定和有裂纹缺陷的海底管道剩余寿命的计算方法以及腐蚀模型,给出了在设计阶段进行裂纹和腐蚀缺陷评估的详细步骤,为优化海底管道的设计提供依据。     

海底管道典型缺陷磁记忆检测试验研究

针对海底管道在生产运行中受到腐蚀性介质及外力作用,易产生缺陷导致失效的问题,以磁记忆检测技术为基础,研制开发了海底管道内检测器,基于海底管道损伤典型缺陷形式设计并搭建了管道损伤检测试验台,对研制的海底管道内检测器进行了管道损伤检测试验研究。试验结果表明,研制的海底管道内检测器能够有效检出管道已有缺陷;对不同缺陷类型、尺寸磁记忆检测信号的特征参数进行对比分析,证实了磁记忆检测技术在缺陷量化中的应用潜力。研究成果为磁记忆检测技术应用于海底管道缺陷损伤检测提供了技术支撑。     

随机有限元法在海底管道可靠度中的应用

由于管道参数如管径、壁厚、运行压力等具有一定的随机性,因此基于可靠性的安全评价方法比基于设计系数的安全评价方法更加合理。在现有的规范中,管道失效压力的计算公式均只考虑了内压载荷,因此在计算海底管道的可靠度时具有一定的局限性,为此引入随机有限元的计算方法,并介绍了适用于海底管道的目标可靠度取值。计算了不同深度海底管道的可靠度以及临界状态含有腐蚀缺陷海底管道的可靠度,当管道腐蚀缺陷超过5 mm时,管道的可靠度将小于目标可靠度,此时可以调整操作压力或者降低压力的波动系数来提高管道的可靠度,保证管道的安全运行,此计算方法为今后海底管道的安全评估提供了一定的参考依据。     

含腐蚀缺陷海底管道压溃压力计算方法

腐蚀是海底管道最常见的缺陷形式,明确腐蚀缺陷对海底管道压溃压力的影响规律,建立可靠的压溃压力计算方法对评估海底管道的安全运行具有重要意义。考虑几何非线性和材料非线性,建立了含腐蚀缺陷的海底管道数值仿真模型,通过与文献试验数据对比验证了其可靠性。在此基础上,开展了腐蚀参数敏感性分析,得到了腐蚀深度、长度和宽度对海底管道压溃压力的影响规律:腐蚀长度、宽度和深度对海底管道的压溃压力影响效果依次递增,相对于轴向短腐蚀管道,腐蚀深度和腐蚀宽度对长腐蚀管道压溃压力的影响更大。基于敏感性分析和大量数值计算结果,采用非线性回归方法得到了含腐蚀缺陷海底管道压溃压力的计算公式,将该公式计算结果与文献试验结果和现有方法计算结果进行了对比,本文回归公式与试验值的误差小于10%,与现有计算方法的误差小于3%,证明本文回归公式能较为准确地预测含腐蚀缺陷海底管道的压溃压力。相关成果为含腐蚀缺陷海底管道的完整性评价提供了参考。     

基于应变设计的管道环焊缝缺陷评估

基于应变设计的管道受轴向拉伸时,其环焊缝缺陷评估方法和评估参数的选用与通常基于应力设计管道的缺陷评估显著不同,这是由于基于应变设计管道其缺陷的失效与缺陷局部焊缝及母材特性等更多因素相关。评估方法基于断裂理论,以远场应变为限制条件预测和确定临界缺陷尺寸。     

海底管道路由风险定量评估方法研究及软件开发

针对海底管道路由潜在风险的特点,提出了一种层次分析与灰色模式识别理论相结合的海底管道路由风险定量评估方法。分析研究了海底管道路由风险评估指标体系的组成及分级标准,建立了基于专家模糊评价的海底管道路由风险定量评估模型,并开发出计算机辅助海底管道路由风险定量评估系统软件及相应的数据库。应用该系统软件对渤海某海底管道路由风险进行了分项及综合定量评估,其评估结果与实际情况相符。     

基于全生命周期的海底管线缺陷评估的研究

主要探讨了基于全生命周期的海底管线缺陷评估的基本概念,建立了全生命周期海底管线缺陷评估的总体框架。全生命周期的海底管线缺陷评估的提出和建立是科学发展的必然。     

含有单个腐蚀缺陷的海底管道剩余强度评估

在恶劣的海洋环境条件下,海底管道不可避免会发生腐蚀损伤,严重时将引起管道断裂,造成原油泄漏,进而导致严重的环境污染和巨大的经济损失,因此,有必要对管道剩余强度进行评估以保证其安全运营。文章介绍DNV-RP-F101规范中关于含有单个腐蚀缺陷的海底管道剩余强度的评估方法,然后利用该规范中的评估方法对某一运行了37年的在役海底管道进行剩余强度评估,发现许用应力法得到的结果比安全系数法的更保守。     

基于完整性技术的海底管道腐蚀失效评价

在总结国内外海底管道安全评估现状的基础上,从工艺分析、腐蚀分析和结构强度分析等3个方面建立基于完整性技术的海底管道腐蚀失效多维度评价体系,并以某腐蚀海底管道为例全面开展腐蚀失效评估工作,判断其能否继续安全运行,以期为今后海底管道腐蚀失效安全评估提供参考。     

海底管道安全状态评估技术综述

综述海底管道安全状态各项评估的国内外研究现状。基于美、英及挪威船级社DNV标准,给出了国际上各项评估的主流方法,以期能为海底管道安全状态评估技术的应用提供参考。     

海底管道第三方破坏失效状况模糊故障树分析

同陆上管道相比,海底管道工作环境条件恶劣,运行风险更大,失效概率更高,故研究海底管道的失效情况具有重要意义。采用故障树法,对引起杭州湾海底管道第三方破坏失效的各个因素进行了分析,建立了第三方破坏故障树。通过对该故障树的定性分析,得到引起管线失效的16个最小割集;通过定量分析,计算其顶事件的发生概率并进行底事件重要度分析;采用专家调查和模糊集理论相结合的方法,评估故障树底事件发生概率的模糊性,并以杭州湾海底管道第三方破坏故障树中“自埋效果差”这一底事件为例,计算出其模糊失效率为3.348 5×10^-3。     

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由于海底长距离天然气／凝析液混输管道输送压力一般较高,环境温度较低,因此管道内极易形成水合物。水合物可能堵塞管道,对长距离的输送是有害的。针对这一问题,给出了判断气体水合物形成的理论模型和计算方法,可以计算在给出的压力、温度和组成条件下,水合物形成曲线以及不形成水合物所允许的最大含水量。最后将计算结果与国外软件、实验数据作了比较。     

海底管线的分段设计法

提出了一个适用长距离海底管线设计的方法———分段设计法,并通过实例做了对比分析。     

基于可靠度的旧有海底管线试压评估方法

介绍了一种全新的评估海底管线安全可靠性的方法——基于可靠度的海底管线试压评估方法。用经验公式估算了管线腐蚀量，计算了海底管线在原设计条件下的可靠度值。根据DnV2000规范标准，考虑温度和内压对管线的共同作用，依照管线使用前后可靠度相等的原则，按管线壁厚估算了管线等效压力值，得到两者的关系曲线。再根据腐蚀试验报告，采用相应的等效试压值对管线试压，根据试压结果对管线的安全可靠性做出正确评估．该方法费用低，周期短，是对海底管线安全可靠性评估一种新的尝试，并在实际工程中得到了应用。     

含腐蚀缺陷海底管道安全评价方法比较

海底管道在服役运行过程中,由于输送介质中含有的腐蚀性物质以及周围海水、海泥等环境介质的作用,很可能会发生管内和管外腐蚀,海管壁厚会均匀减薄或形成腐蚀坑、洞等局部腐蚀缺陷。海管强度会因腐蚀缺陷而降低,操作不当时还会引发海管破损和泄漏。安全评价又称适用性评价,是对含缺陷结构是否适合于继续服役使用而进行的定量工程评价。研究比较了海底管道腐蚀缺陷安全评价常用标准和方法的特点、异同及适用条件,并以某海底管道内表面局部腐蚀缺陷为案例,给出了依据ASME B31G-2012《Manual for Determining the Remaining Strength of Corroded Pipelines》和API 579-2016《Fitness-for-Service》进行腐蚀缺陷安全评价的详细步骤和方法。     

内部冷却系统在海底管线用厚壁弯管制造中的应用

分析了海底管道设计的主要影响因素,指出海底管道的设计与陆上管道设计不同,其主要区别是管道壁厚不仅仅是由管道内部最大工作压力来决定的。结合弯管母管的特点,针对海底管线用厚壁弯管在热煨过程中淬透冷却速度对其性能的影响,提出了改善目前淬透冷却不足的解决措施。在弯管内部增加一套冷却系统,弯管成型过程中内外壁同时冷却,通过提高弯管淬火时的冷却速度,改善了弯管成型后的整体力学性能。