腐蚀管线失效概率的评定方法

基于结构可靠性的一般理论,建立了腐蚀缺陷管线失效的极限状态函数,并以规则化的随机变量形式表示.采用雷菲法求解了失效概率,提出了管线全线的失效概率分析方法,即沿管线全长以1km管线为失效概率的分析单元进行计算,这样能合理考虑管线沿线腐蚀状况的差异.对一条经过检测的输油管线的腐蚀缺陷数据、管道运行参数和管材性能参数进行了统计分析,运用新提出的概率数学模型计算了管道全线的失效概率,并与推荐的目标失效概率进行了比较,从而提出了对管线重点维修和监测的区段.本方法是在对油气输送管线的腐蚀程度检测之后再进行安全评定的一个行之有效的方法.     

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。     

考虑随机变量相关性的腐蚀管道失效概率

针对腐蚀管道可靠性分析中随机变量独立性假设的缺点,提出了考虑随机变量相关性的腐蚀管道可靠性分析方法,建立了腐蚀管道腐蚀穿孔、局部爆破、整体断裂及其综合失效概率模型。基于JC法和正交变换法,运用多维正态分布函数,给出了随机变量相关下的腐蚀管道多模失效概率计算方法。对管道可靠性分析中的相关性进行了分析,结合实例研究了管径与壁厚、缺陷深度与长度、径向腐蚀速率与轴向腐蚀速率、屈服强度与拉伸强度4组随机变量相关性对腐蚀管道失效概率的影响。结果表明,随机变量相关性对管道腐蚀穿孔失效概率没有影响,管道局部爆破、整体断裂及综合失效概率随缺陷深度与长度相关系数和径向腐蚀速率与轴向腐蚀速率相关系数的增大而增大,随管径与壁厚相关系数的增大而减小。屈服强度与拉伸强度相关系数越大,局部爆破和整体断裂失效概率越大,综合失效概率不变,并且变量相关性对腐蚀管道失效概率的影响随着腐蚀增长而逐渐减弱。腐蚀管道失效概率对径向腐蚀速率与轴向腐蚀速率的相关系数最为敏感,对屈服强度与拉伸强度相关系数的敏感性最低。     

海底管道腐蚀模型对比研究

文章研究了不同腐蚀模型对海底腐蚀管道可靠性计算结果的影响。基于最大腐蚀深度建立了腐蚀管道失效的极限状态方程,将幂函数腐蚀模型和指数函数腐蚀模型引入到腐蚀管道的可靠性研究中,并与线性腐蚀模型进行对比研究,得到腐蚀模型对腐蚀管道可靠性计算的影响曲线。根据对比腐蚀模型的优缺点和可靠性计算结果,推荐幂函数模型用于腐蚀管道可靠性计算。     

海底管道系统失效可能性评价方法研究

基于文献[1]所建立的海底管道系统失效故障树,探讨了将主观判断法与模糊数学处理方法相结合的海底管道系统失效可能性评价方法;利用该方法确定了失效故障树分析中各基本事件的发生概率,计算了顶事件的发生概率及各基本事件的概率重要度和临界重要度,并对影响海底管道系统安全可靠性的薄弱环节及影响因素进行了分析。     

西部输油管线风险评估及安全评价

风险评估能够通过分析部分管段的失效概率因素得出整段管线的相对失效概率,从而减小管线发生风险的概率,因此进行管线腐蚀风险评价并且采取有效控制方法对集输系统具有重要意义。以西部某输油管线为例,将管线分为13段,依据管线风险评价体系,相应编制出风险评价计算软件,对输油管线各管段进行失效概率评估。将管线风险评估分为4个基本模块,基于各模块失效概率,计算出管线各管道的风险值,可得出:管段1的相对失效概率较高,其原因是管道的腐蚀较为严重;风险评估的结果是管段13风险值最高;腐蚀、第三方破坏是该管线的主要问题,应加强管线的腐蚀防护系统的维护及改造。     

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。     

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。     

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。     

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。     

焊接结构承压管道有限元与可靠性分析

针对工业设备上常见的焊接结构承压管道,应用模糊灰关联FTA安全系统工程理论,以水火管锅壳锅炉为例,通过对失效致因和故障模式的研究,建立以焊接结构承压管道失效为顶事件的模糊灰关联FTA模型,利用有限元法建立焊接结构承压管道模型辅助分析对其更深层次的系统性影响,并综合考虑工况环境、外部载荷等多因素耦合作用,确定导致事故的主要潜在风险项,为承压管道设备安全保障活动的经济决策提供依据。研究结果表明,以水火管锅壳锅炉的“焊接结构承压管道”失效故障模式的发生概率约为8.19%,系统的可靠度约为91.81%。     

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。     

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。     

海底管道立管系统弯头部位静、动荷载分析

海底油气管道中流体的不稳定流动会诱发立管系统的振动,使立管系统弯头部位发生疲劳破坏,影响管道的使用寿命。基于段塞流特征参数的经验关系式和简化的段塞流运动模型,提出了一种分析立管弯头部位静、动荷载的计算方法。实例计算表明:弯头部位的动反力比静压力低2个数量级,实际分析时可忽略动反力的影响,认为段塞流对管道的冲击力近似等于管道所受到的静压力;流速对立管弯头部位的静、动荷载变化规律的影响极为明显。     

西气东输管道可靠度预评估

由于钢管质量、材料性能、内压、意外载荷等因素的不确定性，实际管道总存在一定的失效概率和可靠度。介绍了利用失效评估图和蒙特-卡罗法计算管道可靠度的一种方法，并采用国外目标可靠度指标对西气东输管道的可靠度进行了预评估，结果表明：无论是否存在一定概率的漏检缺陷，西气东输管道的可靠度完全可以满足标准要求；为了提高钢管的可靠度，应在钢管制造及焊接施工过程中严格把关，以避免因人为因素造成缺陷漏检。     

西气东输二线X80钢管焊缝疲劳寿命分析

输气管道运行过程中,输气量的变化会导致管道承受一定的波动压力,造成管道发生疲劳损伤,从而威胁管道的安全。通常在管材疲劳寿命测试和分析中尚未考虑置信度和安全概率的要求,不能完全满足管道可靠性评估的需要。为此,通过对管道焊缝材料进行疲劳实验,采用单边容限分析方法,同时考虑安全概率和置信度要求,建立了不同安全概率下西气东输二线X80钢管焊缝的疲劳寿命曲线;根据管道输气量不均匀系数,建立了管道的应力谱;在此基础上利用损伤累计原理评估了西气东输二线管道焊缝疲劳可靠性寿命。计算结果表明,在设计寿命周期内,西气东输二线管道不会发生疲劳破坏。该方法可以为管道疲劳寿命分析和可靠性评估提供依据,具有一定的工程应用价值。     

非连续性抛石处理海底管道悬跨原理及施工工艺

为解决海洋石油管道工程中海底管道悬跨的问题,阐述非连续性抛石处理海底管道悬跨的原理及施工工艺,该技术通过常规工程船舶搭载石料,采用遥控无人潜水器可操作自卸式抛石漏斗进行抛石作业,采用多点抛料、逐级堆叠的施工工艺完成抛石处理,应用三级校核标准实现抛石质量控制,完成悬跨点抛石支撑。非连续性抛石处理海底管道悬跨施工工艺简单、对作业船要求低、不影响油田生产,而且可靠性高,在费用和效果上都具有较大的应用优势。该方案为处理海底管道悬跨问题提供了新的思路和途径。     

海底单层管道铺管端部受力数值分析

针对海底单层管道在铺管过程中张紧器附近出现混凝土配重层开裂,以及钢管、钢筋与混凝土界面滑移过大造成的管道失效问题,采用ANSYS软件对海底单层管道结构进行了非线性有限元数值模拟。基于有限单元的粘结锚固方程、混凝土开裂表征模型以及Houde粘结滑移公式对海底管道配重层混泥土开裂、钢筋滑移和接触应力等进行了数值计算。分析结果表明：针对?600 mm×9 000 mm规格管道的数值模拟结果与工程实际施工过程中管道变形、开裂部位非常接近,并且从管道整体应力分布状况以及不同方向钢筋的应力和滑移分析得出管道受损的机理;研究方法可弥补宏观试验无法直观显示钢筋整体受力状况、裂纹延伸方向、裂纹扩展深度以及界面受力与滑移的不足。研究结果可为海底配重管道的数值模拟技术研究、工程设计和理论研究提供参考。