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。     

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。     

海底油气管道腐蚀失效风险预警方法研究

为保障海底油气管道的安全运行,提高失效事故防控能力,针对海底油气管道腐蚀穿孔和破裂等2种失效模式,提出基于风险的管道腐蚀失效预警方法。基于结构可靠性理论,建立管道腐蚀穿孔和破裂失效的极限状态方程,并采用蒙特卡罗法求其解,预测管道失效概率;通过设定管道腐蚀失效风险预警等级,确定预警警度,得出管道关键失效年份,并据此发布预警信息。结果表明:随服役时间增长,管道腐蚀失效概率将发生突变并迅速增大;在管道关键失效时间节点和概率突变年份,管道运营者应密切关注管道的安全状况,并采取必要的管制措施。     

石化压力管道冲蚀失效数值模拟及影响因素分析

以镇海REAC出口压力管道系统碳钢弯管为例,结合冲蚀失效机理,建立冲蚀失效流固耦合数理模型。利用数值模拟技术分析腐蚀产物保护膜与多相流动之间的交互作用,揭示弯管内壁剪切应力分布及保护膜主位移、应力、应变的分布规律,研究石化压力管道系统冲蚀失效过程;结合现场测厚数据验证有限元分析软件流固耦合数值模拟方法的可靠性;并进一步对比分析了流体流动特性、管件结构特性等特性参数对冲蚀的影响。为石化压力管道输送系统的冲蚀失效分析、结构优化设计、RBI和定期检验测厚定位、寿命预测、风险评估等安全保障研究提供理论依据和分析手段。     

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     

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。     

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FITNET FFS模型的腐蚀管道失效概率敏感性分析

为了获取影响腐蚀管道失效概率的关键因素及敏感性规律，基于FITNET FFS模型，采用可靠性理论对国内某腐蚀管道的失效概率进行计算和分析。通过全寿命方法计算了腐蚀增长速率，从而得到了与时间相关的腐蚀管道损伤概率模型，并采用蒙特卡罗模拟算法进行求解，得出了不同年限下腐蚀管道的失效概率；采用变异系数法对各影响因素进行参数敏感性分析。研究结果表明:管道直径、壁厚及径向腐蚀速率的分散性对管道失效概率具有双向扰动作用，其机理在于随机变量的分散性和腐蚀速率同时影响失效概率的波动，开始阶段随机变量分散性起主导作用，两者在管道失效概率达到50%会趋于一个平衡状态，之后腐蚀速率起主要支配作用；另外，管材的抗拉强度对腐蚀管道失效概率的影响较屈服强度的影响更大，可靠性分析时采用只考虑屈服强度的强度模型将存在一定的局限性，建议同时考虑管材抗拉强度的影响。     

基于子集模拟的埋地管道失效概率评估

对失效概率的评估是管道系统风险评价的核心内容,针对目前对埋地管道失效概率问题研究的不足,采用子集模拟方法（SS）建立埋地管道失效概率的定量评估模型以及参数敏感度模型,并对随机变量进行敏感分析。研究结果表明:子集模拟能利用少量样本定量计算出管道失效概率,有效弥补了管道结构可靠性模型中的不足;在管道运行中期,工作压力、腐蚀速率、管道壁厚和屈服强度是对管道失效概率影响较大的4个因素,而腐蚀因素在管道运行后期成为对系统失效概率影响最大的因素。     

随机应力影响下埋地天然气管道可靠性评估方法研究

针对含裂纹缺陷的埋地天然气管道这类随机退化设备，现有的研究方法更多依赖于失效机理分析，由于构建失效机理模型较为困难和复杂，在使用上具有一定的局限性，提出了一种考虑应力影响下的非线性Wiener退化模型。将应力对管道的影响看作随机变量以影响管道的退化速率，同时考虑个体的差异性，获取非线性退化模型更加准确的可靠性评估结果。在首达失效时间下推导出剩余寿命的概率密度函数。然后针对小样本的退化数据，使用极大似然估计方法估计参数，确定分布函数和可靠度。最后利用裂纹数据验证本文提出模型的准确性和有效性。     

基于GM-SVR的小样本条件下化工设备可靠性预测

为了准确预测化工设备可靠性趋势，针对化工设备失效寿命数据为小样本的情形，基于灰色估计法与支持向量回归机在小样本数据处理中的优势，建立了失效寿命时间服从三参数威布尔分布的化工设备可靠性模型；结合GM（1，1）和SVR对模型进行参数估计，在压缩机可靠性分析中进行了实例应用，对比分析了最小二乘法、灰色估计法和GM-SVR的估计效果。研究结果表明:GM-SVR对威布尔分布参数的估计精度明显优于最小二乘法和灰色估计法，可以有效地应用于化工设备失效数据为小样本时的可靠性预测。     

黄土塬区原油集输管道腐蚀检测及剩余寿命预测

为了识别壁厚减薄原因,掌握管道运行状态,以XFZ转油站至WTL联合站埋地集输管道为研究对象,绘制腐蚀开挖检测专题图,开展腐蚀产物特性、边缘腐蚀状态试验研究,预测管道剩余寿命。结果表明:目标管道以内腐蚀为主,腐蚀点沿内壁随机分布,腐蚀速度级别为"重",腐蚀程度级别为"严重";腐蚀类型为Cl+O_2+CO_2+H_2O环境下的垢下腐蚀,以溶解氧、CO_2腐蚀为主,Cl~-腐蚀为辅;腐蚀原因为介质含水率较高,流速偏低,水中含有溶解氧和CO_2,且Cl~-含量过高;目标管道最大剩余寿命为3.52年,平均剩余寿命为2~3年,F管段已达到剩余寿命极限需立即更换。     

基于PCA-SVM的高含硫油气混输管道腐蚀预测

为预测高含硫油气混输管道腐蚀情况,分析了导致腐蚀的原因,归纳影响腐蚀的因素。采用主成分分析法(PCA)对各种因素进行优选,摒弃相关联但贡献率较低的因素。将贡献率较大的因素作为支持向量机(SVM)的输入变量,以腐蚀率作为目标输出函数,建立管道腐蚀预测模型,并进行管道腐蚀率预测。以某公司川中地区8条运营管线为例,验证SVM方法预测管道腐蚀率的效果。结果表明,PCA-SVM方法的预测数据平均相对误差较小、吻合度高,预测结果符合实际情况。     

石化企业高温管道疲劳损伤在线监测和分析系统研发

石化企业高温管道长期处于高温高压的恶劣工作环境,管道的失效直接影响炼化企业的安全经济运行。疲劳损伤是造成石化企业高温管道失效的主要方式之一,实现石化企业高温管道的疲劳损伤在线监测和分析是提高其安全运行和管理水平的有效途径。本文研究提出了高风险应力区的判别方法,并基于高温应变片构建了高温管道疲劳损伤在线监测系统。同时,提出了随机应力谱快速处理方法,以及累积损伤疲劳剩余寿命预测方法。在线监测和分析系统已在石化企业进行现场应用并取得良好效果,为企业开展以可靠性为中心的维修提供了技术基础。     

天然气管道局部等效应力及塑性变形评估

为了研究腐蚀及地面运动对埋地天然气管线安全性的协同影响,以X80管道为研 究对象,模拟腐蚀缺陷及土壤力作用于管道之上,利用有限元方法对有腐蚀缺陷与预应 变情况下的管道局部等效应力及塑性变形进行评估,结果表明腐蚀缺陷的深度对局部应 力和应力分布影响非常明显,在失效压力预测中起着决定性作用。随着腐蚀深度的增加 ,应力集中增强,导致内表面和外表面的等效应力大小进一步分化,腐蚀深度的增加对 管道内表面的等效应力的影响很大,但对有效塑性应变的影响却不大。模拟管道上施加 有纵向应变的土壤力,不论拉伸与压缩的情况下,都会降低管道的失效压力,在施加拉 伸预应变下的管道失效压力小于压缩预应变下的。塑性变形首先发生在外表面处,并扩 展到腐蚀缺陷相邻区域,管道内表面也具有一定的塑性变形,但强度低。     

水改气海底管道输送高压天然气可行性研究

为了满足油气输送需求,现将一输水管线改输高压天然气,需对该管线改输的可行性进行研究论证,通过ANSYS建模分析得到腐蚀缺陷处在475MPa高压下所受到的最大等效应力小于管道的设计抗力2736MPa,满足安全标准。利用OLGA模拟出管道输送高压天然气时的压力和温度曲线满足实际工况要求,OLGA模拟出的预测腐蚀速率最大处为004mm/y,对管道的剩余寿命影响较小。应用DNV腐蚀因素失效概率模型计算得到该管道的失效概率小于15×10-3,安全等级介于“一般”和“很高”之间。经研究论证得该管道改输高压天然     

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。     

油气管道腐蚀可靠性的贝叶斯评价法

对油气管道腐蚀危害因素进行分析,建立其失效故障树。根据故障树分析原理,找出导致管道腐蚀穿孔破坏的23个因素。通过对故障树的定性分析,采用下行法求出油气管道腐蚀失效故障树的96个全部最小割集,并确定失效的主要影响因素。结合最小割集不相交化法和贝叶斯可靠性评定法对管道腐蚀失效进行定量分析,通过某油气管道事故统计数据,利用贝叶斯可靠性评定方法求出油气管道腐蚀可靠性的一阶矩和二阶矩。对一阶矩和二阶矩进行拟合,求出油气管道腐蚀可靠性的第一近似下限和第二近似下限。结果表明:得出的油气腐蚀管道贝叶斯可靠性评价结果可以指导管道系统的维护和维修,降低管道运行的风险。     

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。     

改进的一次二阶矩计算埋地管道失效概率方法及其应用

为探究不同影响因素对埋地管道运行安全的影响,基于改进的一次二阶矩计算方法,综合考虑埋地管道环向受力和纵向受力的特性,依据应力-强度理论和钢制管道结构设计规范建立了埋地管道失效结构功能函数;通过对ABAQUS软件中的UVARM模块进行二次开发,建立了腐蚀、温度和不均匀沉降耦合作用下的三维管道-地层整体模型,模拟不同管道参数下的管道状况.运用该方法对工程实例进行了计算,分析可靠指标和失效概率的分布情况.结果表明:埋地管道工作内压与管道失效概率呈正相关关系,管道壁厚和管径与失效概率呈负相关关系;在影响参数变化相同的条件下,管道中部失效概率变化最快,两端的失效概率变化较慢.该模型计算结果体现了管道不同部位失效概率的特点,在管道设计、维护和风险评估方面有一定的借鉴意义.