基于不同随机退化过程的腐蚀管道时变失效概率

在进行腐蚀管道的时变失效概率分析时主要存在腐蚀管道失效状态的判定以及管道腐蚀退化过程的准确模拟两个问题。基于管道试验爆破数据,依据损失函数值最小选择了管道剩余内压承载力;将随机过程——伽马过程、逆高斯过程和维纳过程引入到计算腐蚀管道的失效概率中;结合蒙特卡洛法计算了管道的时变失效概率。以一组工况为例,分析了退化过程的类型和参数对管道时变失效概率的影响,并评价了确定管道剩余寿命的不同方法。结果表明,DNV-RP-F101规范公式相对更符合实际情况的管道剩余内压承载力表达式;使用随机退化过程模拟管道的时变失效概率可以很好地描述腐蚀增长的随机性,为预测管道时变失效概率提供准确可靠的结果。     

考虑随机过程的油气管道时变失效概率计算

为提高油气管道抗风险能力和完整性管理水平,针对管道结构抗力和附加载荷随时间随机变化的特性,将剩余强度视为随机过程,引入“首次穿越模型”构建腐蚀管道的时变失效概率模型,通过实例分析考察了管道结构参数和随机激励因素对失效概率的影响,并进行了定量分析。结果表明,基于蒙特卡洛模拟的计算结果与基于首次穿越模型的计算结果相比,两者吻合性较好,证明了时变失效概率模型的科学性和有效性;系统运行压力和腐蚀速率是影响失效概率的主要因素,在低失效概率下,可忽略管道规格和抗拉强度的影响;在正常条件下,该管道的剩余寿命为24 a,在运行20～30 a期间应注意对管道系统进行维护维修,以提高管道使用寿命。     

硫化氢环境下老旧管道失效概率评价方法研究

老旧管道在服役过程中存在着失效风险,而影响老旧管道失效的因素有很多,在众多影响因素中硫化氢对管道产生的腐蚀损伤较严重。为解决受腐蚀损伤的老旧管道安全评估问题,文章建立了一种在硫化氢环境下老旧管道失效概率评价方法。以在硫化氢环境中使用了约20年的老旧集气管道为研究对象,采用蒙特卡洛法模拟管道服役过程中的动态压力和腐蚀损伤引起的剩余强度的变化,计算了单一腐蚀因素引起管道失效的概率,并通过正态分布概率给出管道使用的安全范围。研究结果表明：投运20年以上的含硫老旧管道在氢致开裂实验与应力腐蚀开裂实验中,均未发生开裂。根据模型计算得出,老旧管道依旧可以安全服役,但服役6年后失效概率超过0.5,需要进行整修工作,服役27年后,管道内腐蚀严重,剩余强度降到3.82 MPa,需要更换管道。通过模拟得到了失效概率与腐蚀缺陷和服役时间的关系,为老旧集气管道再服役提供理论依据和参考价值。     

采油管道的失效概率和剩余寿命预测模型研究

随油气田开发时间的不断延长,油气田内油气采集管道发生失效的可能性也在不断的增加。文章基 于油气采集管道失效概率模型和剩余强度模型,建立了基于腐蚀的采油管道剩余寿命和失效概率计算模型,分析 了工作压力、腐蚀速率、屈服强度等因素对采油管道的腐蚀失效概率和剩余寿命的影响规律。结果表明,文章所建 立的基于腐蚀的采油管道失效概率和安全使用寿命的计算方法的计算结果较为准确,对采油管道的运行管理有一 定的理论指导意义。当采油管道的工作压力从 4.85 MPa增加6.55 MPa时,采油管道剩余寿命从28年减少至16 年;当坑深腐蚀速率和坑长腐蚀速率分别由0.05 ｍｍ/ａ和 2.5 ｍｍ/ａ上升至0.2 ｍｍ/ａ和10 ｍｍ/ａ时,采油管道安 全使用寿命下降21-42 年;当采油管道规格由DN600增加至DN900时,采油管道的使用寿命增加10年。失效事 件的关联性与采油管道的屈服强度对采油管道的失效概率影响作用较小,属于次要影响因素。     

内腐蚀管道最小剩余壁厚有限元分析

针对内腐蚀管道缺陷处泄露失效问题,建立三维管道有限元模型预测管道的失效压力,并求解最小剩余壁厚,探究管道壁厚、管道内压、缺陷尺寸对最小剩余壁厚的影响。研究结果表明:缺陷深度和长度是主要影响失效压力的因素,宽度影响较小,可忽略宽度方向尺寸的变化;有限元计算的最小剩余壁厚结果与实验结果吻合较好,结果可以满足工程实际应用。     

基于马尔可夫理论的油气管道腐蚀寿命预测

为有效预测油气管道的腐蚀失效情况,建立了基于马尔可夫理论的油气管道腐蚀寿命预测模型,并结合实际数据,验证了该寿命预测模型的可行性。根据采集到的管道最小剩余壁厚历史数据,依据石油天然气行业标准SY/T 6151的规定,将管道的腐蚀状态进行分类;结合管道腐蚀机理,拟合采集的历史数据,得到管道腐蚀最小剩余壁厚预测物理模型,计算管壁腐蚀状态的转移概率矩阵;根据最后一次检测时数据,设定该时刻管道腐蚀状态为初始分布,运用马尔可夫理论,计算出管道的剩余寿命。     

基于逆高斯过程的腐蚀油气管道维修策略

对腐蚀油气管道系统的剩余寿命进行预测可以为优化维修决策方案提供依据。考虑到油气管道不同状态下的腐蚀,将逆高斯随机过程理论引入油气管道腐蚀评估领域,提出逆高斯-状态空间油气管道腐蚀退化过程模型和维修决策优化模型。首先根据其腐蚀机理建立逆高斯-状态空间退化过程模型,运用经验最大化算法与粒子滤波算法相结合的参数估计方法对模型中的参数进行求解,得出腐蚀油气管道的剩余寿命分布函数和概率密度函数;进而建立腐蚀油气管道的维修决策优化模型,计算出模型最优的维修更换时间和最小费用,制定出较合理的维修方案;最后用腐蚀油气管道的实验数据对模型进行验证。应用实例表明,优化模型用于油气管道腐蚀评估和维修优化是可行的。     

腐蚀海底管道可靠性分析

为了计算海底管道在腐蚀作用下的可靠性,研究了海底管道在正常服役阶段可能受到的荷载作用,包括内压、温度、弯曲、覆土、地震作用和残余应力作用。基于Monte Carlo方法结合算例,计算了腐蚀海底管道在这些作用下的可靠性,得到了失效概率随时间的变化曲线。同时,研究了这6种作用对腐蚀海底管道的影响,描述了各种作用对腐蚀海底管道的影响程度。从影响腐蚀海底管道失效概率的角度,定义了参数灵敏性指标,对海底管道设计中经常涉及的参数如操作压力、管道半径、管壁厚度和管线埋设深度等进行了灵敏性分析,讨论了其变化对管线失效概率的影响,为实际工程中对腐蚀海底管道进行可靠性分析提供了参考。     

基于ANSYS Workbench有限元法的外腐蚀管道失效压力研究

为确定管道的服役状况、保证管道安全运行、延长管道总体使用寿命以及科学指导管道安全生产管理,需要对管道剩余强度进行准确评估。借助ANSYS Workbench软件,模拟了含有矩形、球形、圆柱形外腐蚀缺陷管道的等效应力,分析了缺陷尺寸对管道失效压力的影响规律。结果表明,不论管道外腐蚀缺陷形状如何,缺陷深度增加均会明显降低失效压力;矩形外腐蚀缺陷的轴向长度、圆柱形外腐蚀缺陷的长度均与失效压力大小呈负相关;矩形外腐蚀缺陷周向长度、球形外腐蚀缺陷半径均对失效压力影响不明显;圆柱形外腐蚀缺陷的半径与失效压力呈正相关。     

基于极限状态方程的管道腐蚀失效概率模型的建立

针对天然气管道存在的腐蚀问题,可通过腐蚀失效分析方法对天然气管道进行风险评价。依据结构可靠性分析理论,提出了一种通过腐蚀失效概率模型来描述管道腐蚀失效的方法。基于极限状态方程,建立了管道腐蚀失效概率模型。通过计算管道3种代表性的减薄状态,并将3个失效概率加权相加得到总的失效概率。最后通过实际算例证明了该模型的适用性。该模型为埋地管道失效概率的计算提供了一个可行的方法。     

HDPE管穿插法修复旧管道技术

埋设于地下的集输管网都面临着后期的腐蚀,解决腐蚀修复问题是集输管后期生产管理的主要问题。通过对HDPE管穿插修复技术工艺原理、HDPE管承压能力计算设计、管材原料、管材性能要求、管道短管、弯头处的连接方法、密封结构以及运行管理等的分析阐述,从而较详实地介绍了一种管道修复方法。这种方法可避免对腐蚀严重的管线全线开挖、彻底更换,因此成本相对较低,施工时间比较短,特别对于埋设于高大建筑物及重要交通干线下的管线腐蚀泄漏无法更换的问题也得到很好解决。原来的金属管道还作为承压管道,而内衬的HDPE具有非常好的防腐性能,总体上相当于金属与非金属的复合管,综合效果,特别是防腐蚀性能大大提高。     

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。     

基于自适应模糊神经网络的管道剩余强度评价

油气长输管道的腐蚀剩余强度评价一直是管道完整性管理的重要内容,国外对腐蚀管道的剩余强度评价取得了很大的成就。也建立了比较成熟的油气管道腐蚀评价规范。但由于油气管道腐蚀的机理复杂,腐蚀的分类很难详细界定,各种腐蚀评价标准对不同使用年限、不同等级钢材管道有其各自适应性,利用神经网络的“黑箱”原理、在不能详细了解管道腐蚀原理、不能对腐蚀进行分类的情况下,根据收集的爆破实验数据对神经网络进行模拟,通过学习好的神经网络对管道腐蚀剩余强度进行评价,与RsTRENG软件的计算结果进行了比较,取得了较好的效果。     

海底腐蚀管道剩余强度评估方法对比

为了准确评估海底腐蚀油气管道的剩余强度,对目前常用的5种海底管道腐蚀强度评估方法,即ASME-B31G 标准、管道腐蚀准则方法（PCORRC）、DNV-RP-F101标准、API 579准则和有限元分析方法的评估原理、适用范围以及相互之间的异同点进行了对比,从而优选出更合理准确的剩余强度评估方法。分析结果表明,有限元分析方法不但考虑到了管道内缺陷之间的相互作用对评估结果的影响,还考虑到了缺陷形状和尺寸对评估结果的影响以及管道外界载荷的影响,且评估过程不需要近似公式,评估环境与实际环境类似,所以评估结果的准确性较高,未来应加强有限元分析方法的使用。     

腐蚀作用下城市埋地燃气管道的失效概率分析

失效概率确定是管道定量风险评价的核心内容。为此,针对城市燃气输配管道特点,通过建立管道失效概率模型,利用可靠性理论得出了腐蚀作用下城市埋地燃气管道失效概率随服役年限的变化情况,并对影响管道失效概率的随机参数进行了分析。结果表明:在管道投入运行初期,腐蚀对管道失效概率的影响较小,其余参数的相对影响随工作压力大小而变化,当工作压力小于2.5 MPa时,竖直荷载是影响城市埋地燃气管道失效概率的最主要因素;随着工作压力的增加,竖直荷载影响失效概率的重要性逐渐下降,材料屈服强度、管道壁厚的重要性逐渐增加,而工作压力的重要性显著增加;当工作压力达到4.0 MPa时,对管道失效概率影响较大的因素为材料屈服强度、工作压力、竖直荷载和管道壁厚等;随着管道服役年限的增加,腐蚀对失效概率的影响增大并逐渐占据主导地位,在管道运行后期,影响管道失效概率的主要参数是腐蚀指数、腐蚀乘子和工作压力。     

腐蚀管线剩余强度评估的研究进展

美国评估腐蚀管线的B31G准则偏于保守,后来对B31G准则作了必要的修正。一些学者针对B31G准则的进一步研究中,考虑了轴向载荷、弯矩、腐蚀宽度以及腐蚀缺陷螺旋角对管线的影响,提出了几种不同的腐蚀管线评估方法,即有限元分析方法、基于弹塑性理论极限的分析方法和基于可靠性理论的可靠性评估方法。指出我国今后的研究应考虑更复杂的腐蚀形状、载荷情况、环境条件及介质的影响,重点研究影响可靠性的各随机变量的概率分布及统计特性,把各种评估方法综合起来,建立腐蚀管线剩余强度的评估体系。