基于光电子能谱的高含水输油管道内壁腐蚀减薄试验分析

鄂尔多斯盆地高含水输油管道内壁腐蚀减薄现象普遍,腐蚀穿孔频次逐年上升,管道安全防护管理成为难题。为了识别输油管道内壁腐蚀减薄原因,作者在分析含水率、地层水水型、溶解氧对管道内腐蚀影响的基础上选择特征试验管段,基于X射线光电子能谱技术开展管道内壁厚度变化、金相组织、腐蚀产物特性、边缘腐蚀状态研究。结果表明:高含水输油管道内壁腐蚀减薄类型为Cl+O2+H2O环境下的垢下腐蚀,以溶解氧（O2）腐蚀为主,氯离子（Cl－）腐蚀为辅;内壁腐蚀减薄原因为原油含水率过高、水中氯离子含量过高、水中含有溶解氧和介质流速偏低。     

基于模拟的腐蚀管道可靠性分析

腐蚀失效是压力管道失效的主要模式之一。通常采用腐蚀管道剩余强度估算的方法 ,评价腐蚀管道的安全性。腐蚀管道的剩余寿命则采用可靠性理论计算得到。以各种局部腐蚀缺陷的评定方法来建立模拟模型 ,直接采用蒙特卡罗模拟可以计算得到不同时间下的管道的失效概率 ,同时根据目标可靠度来确定腐蚀管道的剩余寿命。含多个腐蚀缺陷的管道的失效概率需要考虑缺陷间的相关性。采用模拟方法可以计算失效概率的秩相关 ,避免采用独立假设来计算管道的失效概率     

埋地管道腐蚀剩余寿命预测概率模型

为考察腐蚀参数的不确定性对埋地管道失效和剩余寿命的影响,建立以Shell—92确定性模型为基础的管道腐蚀剩余寿命预测概率模型。采用Monte-Carlo方法计算管道剩余寿命及其累积分布函数,并进行参数敏感性分析,详细研讨影响埋地管道腐蚀剩余寿命的主要参数及其随服役时间的变化规律。计算结果表明,提出的管道腐蚀剩余寿命预测模型能有效预测实际中受多因素影响的管道失效和剩余寿命问题。     

腐蚀油气管道维修策略优化研究

为实现油气管道腐蚀系统定期维修经济最优化,基于伽马过程和可靠性相关理论,建立管道剩余寿命预测和维修策略优化方法。首先,采用伽马过程表示管道腐蚀点处腐蚀深度的变化,建立相关随机过程模型;然后,假设每次维修为不完全维修且维修深度服从正态分布,据此建立腐蚀管道剩余寿命预测模型;其次,建立以维修深度、预防维修最大次数和平均剩余寿命为优化变量,期望费用率(ECR)最低为目标的维修决策优化模型,确定最佳维修次数和ECR;最后,对某实际案例进行仿真模拟,计算得出其剩余寿命与实际相吻合且可靠度较好。结果表明:在制定维修策略时,引入维修深度,有助于节省费用、提高管道维修质量。     

腐蚀管道寿命可靠性的步降应力加速试验研究

为保障油气管道安全运营,需研究腐蚀管道寿命的可靠性。首先基于管道失效机理,采用步降应力加速寿命试验(SDSALT)方法,获得不同温度下腐蚀率样本;其次利用加速因子和逆幂律加速方程建立数据折算模型,将腐蚀率样本转换为应力作用失效时间并截尾抽样后作为输入,求得含未知参数的准样本;然后通过准样本估计Weibull分布的3个参数,进而得到以温度和时间为自变量的管道可靠性函数;最后以H_2S/CO_2环境中运营的N80管道为例,验证所建腐蚀管道寿命预测方法的可靠性。结果表明,该方法大幅缩短试验时间,对管道寿命预测准确,并分析出管道可靠性的降低速度随温度和时间的增加先增大后减小,可应用于管道的适用性评价。     

基于误差补偿的GM-RBF海底管道腐蚀预测模型

为准确预测海底油气管道腐蚀剩余寿命,构建基于误差补偿原理的灰色径向基函数(GM-RBF)神经网络腐蚀速率预测模型。首先,建立腐蚀速率的灰色模型(GM),将腐蚀速率灰色预测值作为径向基(RBF)神经网络的输入,残差作为输出,训练神经网络得到误差补偿器;其次,补偿新的灰色预测值,得到腐蚀速率的最终预测值;然后,根据预测结果计算出年腐蚀深度,结合剩余强度准则,计算管道剩余寿命;最后,以某海底管道为实例,验证模型的预测有效性。结果表明:单一使用GM模型预测的相对误差为17.48%,用GM-RBF模型预测的相对误差为6.37%,并预测出管道的剩余寿命为5.4年,GM-RBF模型提高了预测精度,且能够较好地描述腐蚀发展趋势。     

Gumbel分布的油气管道的剩余寿命预测

为解决在役油气管道腐蚀严重、易发生泄漏事故等问题,研究管道腐蚀增长状况并预测管道剩余寿命。首先基于Gumbel分布,处理从某油气管道检测资料中随机抽取的最大腐蚀深度数据,建立管道最大腐蚀深度预测模型。然后用马尔科夫链蒙特卡罗(MCMC)方法估计预测模型的参数的值,通过模型预测出可能的最大腐蚀深度。再基于所得腐蚀深度、临界腐蚀深度及管道使用年限等数据,建立三者之间的关系指数模型,以此来预测油气管道的剩余寿命。最后以国内某一管道为例,验证MCMC方法预测管道剩余寿命的有效性。研究结果表明:利用Gumbel分布预测出的管道最大腐蚀深度指标更加精确,偶然性小,且得出的管道剩余寿命更加合理。     

基于TVR的腐蚀油气管道失效概率及安全寿命研究

为避免因腐蚀导致油气管道失效,针对因管道特性和腐蚀尺寸的不确定性使得管道剩余强度成为概率模型的特点,建立了腐蚀管道强度损失随机模型;借助可靠性理论,通过分析管道腐蚀进程的时变性特点,将管道系统由损伤积累和抗力衰减导致的剩余强度随机化;提出基于穿越率的腐蚀油气管道失效评定及安全寿命预测方法。研究结果表明:腐蚀速率和运行压力对管道失效概率及安全寿命影响显著,管道尺寸影响适中,而相关系数和拉伸强度影响较小;若腐蚀速率Va=0.2 mm/a,VL=10 mm/a或局部腐蚀缺陷半径达到管道壁厚的0.5倍时,建议作为重点风险段监测并检修。所建方法是对腐蚀油气管道运营监控和风险评估的有益补充。     

时变可靠性在海底油气管道失效概率中的应用研究

为提高海底油气管道风险管理能力,针对传统管道风险分析大多采用静态时不变可靠性方法的缺点,提出基于动态时变可靠性的腐蚀海底油气管道分析思路,建立了考虑时间因素的腐蚀管道失效概率模型。根据"首次穿越率"概念建立腐蚀管道穿越模型,借助随机过程理论和敏感性分析构建代表腐蚀海底油气管道结构抗力的剩余强度模型和识别影响管道可靠性的关键因素,给出了时变视角下对比附加载荷的在役管道失效概率计算方法。结果表明,随着时间推移,腐蚀速率对管道失效概率的影响最大,运行压力的增加使管道的剩余寿命与可靠性发生显著变化,而拉伸强度影响较小。     

基于参考应力法的海底腐蚀管道剩余强度评价

在役海底管道所处海洋环境恶劣,管道发生腐蚀后剩余强度降低。为了更加准确地计算管道的剩余强度,基于ANSYS非线性有限元模拟,采用参考应力法,研究了参考应力分别为(SMYS+SMTS)/2,1.1SMYS,SMYS+69,0.8SMTS,0.9SMTS,SMTS的海底管道剩余强度,将结果与爆破实验数据作对比,提出了参考应力和流变应力取值的推荐算法。研究结果表明,在海底腐蚀管道剩余强度有限元分析中,对于X46,X60和X80管道,建议分别使用(SMYS+SMTS)/2,0.9SMTS和SMTS作为参考应力;推荐使用(SMYS+SMTS)/2, SMYS+69和 1.1SMYS三者中的最大值作为流变应力。     

尾段残差修正GM(1,1)模型在管道腐蚀预测中的应用

为解决海底油气管道由于外表面破损引起腐蚀加快,进而导致管道腐蚀失效的问题,基于传统灰色模型,建立尾段残差修正GM(1,1)模型,用以预测管道剩余寿命。首先,检验管道腐蚀深度数据的光滑性和准指数规律性,建立灰色微分方程;然后利用最小二乘法求出方程参数值,用传统灰色模型预测腐蚀深度,并对残差进行修正,从而得到一个完整的用于海底管道腐蚀趋势预测的尾段残差修正GM(1,1)模型,并对预测结果进行后验差检验。最后以某一海底管道试验段为例,预测管道剩余寿命。结果表明,传统管道腐蚀深度预测灰色模型预测相对误差为36.7%,尾段残差修正GM(1,1)模型预测的相对误差为3.79%,后者预测精度等级更高。     

浙江省特检院三项科研项目顺利通过总局验收

10月31日，国家质检总局科技司在杭组织专家对浙江省特检院承担的总局项目《高温状态下压力管道腐蚀超声导波技术研究》、《压力管道数字化管理及在线监控系统的开发》与省局项目《石化装置在役管式加热炉安全性能及剩余寿命评估技术研究》进行验收。专家组认真审查了各项目提交的资料，     

基于ISOA-RBPNN的埋地管道剩余强度预测*

为提高腐蚀管道剩余强度的预测精度，提出引入弹性梯度下降法改进BP神经网络，并融合改进海鸥优化算法(ISOA)，构建腐蚀管道剩余强度预测模型。关于改进BP神经网络模型的参数寻优，首先采用Cat混沌映射初始化改进海鸥优化算法(SOA)初始种群的分布，提升寻优能力，优化SOA的搜索方向和攻击形式，增强其全局搜索能力并提高收敛速度，然后用ISOA对弹性BP神经网络（RBPNN）模型中的权值和阈值进行寻优，最后构建ISOA-RBPNN预测模型。以管道爆破数据为例，利用MATLAB进行仿真模拟，并与PSO-BPNN模型和IFA-BPNN模型预测结果进行对比分析。研究结果表明:ISOA-RBPNN模型的各项评价指标均优于其他2个模型，预测结果较实际值误差更小，在预测腐蚀管道剩余强度领域具有更好的性能，可为后续研究腐蚀管道剩余寿命和制定维修策略提供参考依据。     

保温层下管道腐蚀监测系统及应用研究

为预防保温层下管道腐蚀带来的严重问题,必须采取有效措施进行腐蚀在线监测,以了解管道的剩余壁厚情况。在分析现有的腐蚀监测技术不足的前提下,基于γ射线数字扫描检测技术（GSDT）,研发了1套保温层下管道腐蚀在线监测系统,该系统可以实现对保温层下腐蚀管道剩余壁厚在线监测,并通过带保温层管道的检测试验和t-分布分析方法检验腐蚀监测系统的检测精度,最后以某化工企业为例,验证了该系统的有效性。结果表明:腐蚀监测系统可以实现对保温层管道剩余壁厚的监测,保温层和高密度介质不影响管壁厚度的测量结果,且使用所研发的腐蚀监测系统监测到的管道腐蚀速率与现场实际腐蚀速率基本一致。     

气瓶腐蚀缺陷应力分析及寿命预测*

为研究气瓶全生命周期腐蚀缺陷与剩余寿命的关系,基于ANSYS建立某型号车用压缩天然气钢瓶有限元模型,分析内腐蚀深度0.1~3.0 mm状态下,气瓶Mises应力分布与应力强度变化规律;根据应力分析,应用局部应力应变理论和修正的Manson Coffin公式进行寿命预测。结果表明:随着气瓶腐蚀缺陷的加深,气瓶额定载荷下的应力分布呈现向缺陷区域集中、应力强度增大的趋势,且腐蚀曲线存在明显拐点;使用应力分析与寿命预测相结合的方法,得出含腐蚀缺陷车用气瓶寿命—腐蚀深度关系曲线,可为气瓶安全使用管理提供参考。     

基于有限元的含腐蚀缺陷原油集输管道剩余强度研究*

为研究含腐蚀缺陷原油集输管道的剩余强度,以延长油田集输系统常用的20#管线钢为例,采用ABAQUS建立1/2腐蚀管道有限元模型,研究单个均匀腐蚀缺陷对集输管道剩余强度的影响,分析缺陷位置、缺陷长度、缺陷宽度和缺陷深度的影响规律,并采用Matlab对缺陷长度和缺陷宽度角的模拟结果进行拟合,拟合确定系数R2均达99.0%以上。结果表明:集输管道的剩余强度受缺陷位置的影响较小;随着缺陷长度的增加先减小后保持不变,随着缺陷宽度的增加先略微增加后保持不变,建立缺陷深度分别为1.5,2.0,2.5 mm的有限元模型,得到缺陷临界长度分别为210,140,130 mm,缺陷宽度角分别为56°,57°,141°;剩余强度受缺陷深度的影响最大,会随着缺陷深度的增加而减小;缺陷深度越大,缺陷长度和缺陷宽度对剩余强度的影响越大。     

城市燃气球墨铸铁埋地管道土壤腐蚀行为研究

为解决城市燃气球墨铸铁埋地管道在土壤腐蚀作用下频繁失效的问题,开展土壤腐蚀模拟试验研究,首先,采用系统动力学流图和灰关联相结合的方法,确定土壤主要腐蚀因素。然后,以球墨铸铁标准腐蚀试片为材料,通过室内腐蚀模拟正交试验,得到试验区域土壤腐蚀因素的重要度排序,由大到小依次为含水量、孔隙率、含盐量、SO_4~(2-)含量、Cl~-含量、pH值。试验结果分析表明,含水量是影响试片腐蚀宏观形貌的主要因素。与碳钢材质的管道相比,球墨铸铁管道腐蚀受pH值的影响不显著,具有更好的耐酸腐蚀性。其他因素对两者的影响趋势较为一致。     

输气管道内腐蚀缺陷剩余强度评估方法适应性分析与应用

针对输气管道易受腐蚀导致失效影响生产等问题,设计了一套内腐蚀缺陷管道剩余强度评估方法。首先主要介绍了4种剩余强度评估方法,并结合实例解析对这4种方法进行了适应性分析,对比分析表明:DNV RP-F101方法最为可靠,并依托DNV RP-F101标准编制了计算内腐蚀缺陷剩余强度的程序,最后通过工程实例进行验证。结果表明,当管道腐蚀长度为腐蚀缺陷深度10倍时,管道腐蚀缺陷程度达到40%为许用压力值变化拐点,缺陷程度增大,许用压力加快减小,应将管道腐蚀程度控制在40%以内,甚至更低;当管道腐蚀长度为腐蚀缺陷深度100倍时,管道腐蚀缺陷程度达到10%为许用压力值变化拐点,缺陷程度越大,许用压力加快减小;应将管道腐蚀程度控制在10%以内,甚至更低;基于DNV RP-F101方法这套剩余强度评估程序,具有快速、高效、实用等特点,可为输气管道剩余强度评估提供技术支持。     

混凝土中钢筋锈蚀的研究

钢筋腐蚀对混凝土耐久性和安全性有很大影响。笔者阐述了研究钢筋锈蚀的原因、目的和意义;研究了钢筋在未开裂和裂缝状态下的锈蚀机理,钢筋的腐蚀过程实质上是一个电化学反应过程;影响钢筋锈蚀的主要因素有混凝土的密实度、混凝土碳化、环境湿度、氯离子侵入等;对钢筋腐蚀过程中的4个阶段进行了研究;从锈后钢筋截面面积损失率对结构受力的影响进行讨论;从正常使用寿命和承载能力使用寿命两方面对在役混凝土结构剩余寿命进行预测;并提出了钢筋锈蚀应采取的预防措施,以提高结构的耐久性和安全性,减少耐久性破坏造成的损失。研究的成果在工程上具有一定的理论意义和实用价值。     

基于ASME B31G准则的油气管道腐蚀安全性评估

腐蚀是在役管道失效的最主要原因之一。腐蚀后的管道会造成局部减薄,使其局部承载力下降,一旦发生泄漏,极易发生火灾爆炸事故。采用通用的ASME B31G准则对管道进行腐蚀安全性评估,研究了不同级别管道的最大允许缺陷长度和最大安全运行压力,计算了不同腐蚀长度对管道安全性的影响,可以为管道维护策略和应急管理提供科学依据。