含腐蝕缺陷油氣管道適用性評(píng)價(jià)研究進(jìn)展

1、電氣與自動(dòng)化丁舒婷，等含腐蝕缺陷油氣管道適用性評(píng)價(jià)研究進(jìn)展DOI：1019344／jenkiissnl6715276201701061含腐蝕缺陷油氣管道適用性評(píng)價(jià)研究進(jìn)展丁舒婷，唐建群，鞏建鳴(南京r_lk大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院。江蘇南京211816)摘要：適用性評(píng)價(jià)是對(duì)含腐蝕缺陷的管道能否繼續(xù)使用以及如何繼續(xù)使用的定量分析和評(píng)估的方法。適用性評(píng)價(jià)方法由剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)和剩余壽命預(yù)測(cè)兩個(gè)部分組成。闡述了近年來(lái)含腐蝕缺陷的油氣管道適用性評(píng)價(jià)方

2、法的進(jìn)展，重點(diǎn)闡明了評(píng)價(jià)剩余強(qiáng)度的方法。歸納了預(yù)測(cè)剩余壽命的途徑，概述了腐蝕管道適用性評(píng)價(jià)領(lǐng)域的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：油氣管道；腐蝕；適用性評(píng)價(jià)；剩余強(qiáng)度；剩余壽命中圖分類(lèi)號(hào)：TGl74文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：16715276(2017)01—022604OverviewofServiceAbilityAssessmentofOilandGasPipelinesContainingCorrosivesDINGShudng，TANGJianq

3、un，GONGlianming(SchoolofMechanicalandPowerEngineering，NanjingUniversityofTechnology，Nanjing211816，China)Abstract：Theserviceabilityassessmentisutilizedforquantitativelyevaluatingthesuitabilityofthecorrosivepipelines，andfo

4、rde—terminingwhetheritcancontinuetobeusedandhowtobeusedTheresidualstrengthevaluationandtheremaininglifepredictionareincludedinthisappraisalInthispaper，theoverviewoftheserviceabilityassessmentofoilandgaspipelinescontainin

5、gcorrosionispresentedThemethodstoassesstheresidualstrengthandpredicttheremaininglifeareemphasizedspecificallyFurthermore，itsprospectisdescribedKeywords：pipelines；corrosion；serviceabilityassessment；residualstrength；residu

6、allifetime0引言近年來(lái)，我國(guó)長(zhǎng)距離油氣輸送管線(xiàn)的建設(shè)突飛猛進(jìn)，截至2010年，我國(guó)鋪設(shè)的石油、天然氣管道已達(dá)785萬(wàn)公里預(yù)計(jì)10年后還將新建5萬(wàn)公里[1]。然而，由于腐蝕或其他原因所導(dǎo)致的油氣管道穿孔泄漏事故屢有報(bào)道。造成了重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，如2013年1月發(fā)生的中石化湛江一茂名529輸油管線(xiàn)的原油泄漏事故，據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)原油泄漏高達(dá)15—16t，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，泄漏發(fā)生的直接原因就是原油管道遭受腐蝕穿孔[2]。顯然，如何保證

7、油氣管道安全可靠運(yùn)行，已成為我國(guó)油氣輸送工程刻不容緩的使命。20世紀(jì)90年代，歐美國(guó)家提出了管道適用性評(píng)價(jià)方法(fitnessforserviceorfitnessforpurposeassessmentFFSorFFPA)對(duì)含腐蝕缺陷管道能否繼續(xù)使用以及如何繼續(xù)使用進(jìn)行的工程定量評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)內(nèi)容主要包含剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)、剩余壽命預(yù)測(cè)兩個(gè)部分。目前，評(píng)估剩余強(qiáng)度已形成多種方法”)，主要有半經(jīng)驗(yàn)公式法、有限元法以及概率評(píng)價(jià)方法，其中半經(jīng)驗(yàn)公式法

8、又以傳統(tǒng)ASMEB31G準(zhǔn)則【44】、修正ASMEB31G準(zhǔn)則【“、API579準(zhǔn)則[7s]為代表。剩余壽命預(yù)測(cè)可以由BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、極值分布概率統(tǒng)計(jì)法和灰色理論法等實(shí)現(xiàn)。1剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)對(duì)于含腐蝕缺陷的管道，其剩余強(qiáng)度和承壓能力會(huì)發(fā)生變化。因此，管道剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)的研究?jī)?nèi)容主要集中在缺陷是否能在某一操作壓力下允許存在以及在某一操作壓力下正常運(yùn)行的最大腐蝕缺陷尺寸這兩大方面，從而為管道維護(hù)、更換以及升降壓等具體工程操作提供重要依據(jù)。11基于

9、實(shí)驗(yàn)研究和力學(xué)理論的半經(jīng)驗(yàn)公式迄今為止。管道剩余強(qiáng)度計(jì)算方法的理論主要是基于Kiefner等p]建立的NG一18表面缺陷應(yīng)力計(jì)算公式，并使用全尺寸爆破試驗(yàn)數(shù)據(jù)不斷進(jìn)行修正?！奘兰o(jì)60年代，美國(guó)德克薩斯東部運(yùn)輸公司和天然氣協(xié)會(huì)開(kāi)始研究腐蝕管道剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法，基于斷裂力學(xué)，建立了針對(duì)管道表面缺陷的NG18計(jì)算公式，它是后來(lái)很多相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，至今仍是應(yīng)用最為廣泛的剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之一，其中，失效應(yīng)力表達(dá)式為：2‘t‘盯脅PFnilure=

10、—百里，A卜石、fA＼1卜I石J面式中：P川。。為預(yù)測(cè)的失效應(yīng)力值，MPa；t為管道壁厚，mm；tYF如為流變應(yīng)力，伊‰=1IxSMYS，MPa，SMYS為材料最低屈服強(qiáng)度，MPa；D為管道外徑，film；A為缺陷的環(huán)向投影面積，nlm2；A。為管道缺陷所在區(qū)域的投影面積，A。=Lt，mill2江為腐蝕缺陷軸向長(zhǎng)度，mm；M為鼓脹系數(shù)，無(wú)量作者簡(jiǎn)介：丁舒婷(1990)，女，四川宣漢人，碩士研究生，研究方向?yàn)楹g缺陷油氣管道適用性評(píng)價(jià)技

11、術(shù)。226萬(wàn)方數(shù)據(jù)電氣與自動(dòng)化丁舒婷等含腐蝕缺陷油氣管道適用性評(píng)價(jià)研究進(jìn)展于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，預(yù)測(cè)長(zhǎng)輸管線(xiàn)腐蝕速率的模型以管道里程、傾角、壓力、雷諾數(shù)為輸入?yún)?shù)最大平均腐蝕速率為輸出參數(shù)。研究表明，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法有快速收斂以及精確度較高的優(yōu)點(diǎn)。基于極值統(tǒng)計(jì)規(guī)律的剩余壽命預(yù)測(cè)方法，是將最大點(diǎn)蝕深度估計(jì)值和腐蝕進(jìn)展時(shí)間相結(jié)合的方法陋]。局部腐蝕的最大深度，往往遵循第一類(lèi)Gumbel極值分布。其分布函數(shù)為式(5)所示。對(duì)于管道局部腐蝕，通常采用

12、局部腐蝕進(jìn)展公式，在式(6)中表示。將最大腐蝕坑深度代入腐蝕進(jìn)展公式。解出達(dá)最大允許腐蝕深度值所需的時(shí)間。再減掉管道的腐蝕時(shí)間，即為含腐蝕缺陷管道剩余壽命。唧卜】【p(等)】(5)x=桫(6)式中：F，：、為最大腐蝕坑深度不超過(guò)算的概率；A為最大概率的蝕孔深度，ram；z為最大腐蝕孔深度的隨機(jī)變量，mm；a為腐蝕孔平均深度，him。菇為t時(shí)刻的最大腐蝕壁厚值，mm；k為系數(shù)；t為腐蝕發(fā)展時(shí)間，a；n為時(shí)間常數(shù)，一般取值為o3～05?；?/p>

13、灰色理論的剩余壽命預(yù)測(cè)方法避開(kāi)了要建立在大樣本基礎(chǔ)上的傳統(tǒng)處理方法，將管線(xiàn)腐蝕體系視為灰色系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的腐蝕數(shù)據(jù)進(jìn)行生成處理，從雜亂無(wú)章的隨機(jī)現(xiàn)象中去找出潛在的規(guī)律。程浩力等m]就是通過(guò)采用灰色理論和最小二乘原理。利用Excel內(nèi)置了多種函數(shù)，從而建立了基于最簡(jiǎn)便的GM(灰色動(dòng)態(tài)模型greydynamicmode)(1，1)的腐蝕速率預(yù)測(cè)方法。經(jīng)實(shí)例證實(shí)，該算法有較高的預(yù)測(cè)精度。周慧[31]以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠逼近任意函數(shù)的特征，提出了基于神

14、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的灰色回歸組合的管道腐蝕速率預(yù)測(cè)模型，該模型能夠?qū)⒆罴呀M合權(quán)重隱含在網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)中，克服了樣本數(shù)據(jù)少，數(shù)據(jù)波動(dòng)性對(duì)精度的影響。張甫仁等[323則指出了現(xiàn)有灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組合模型仍存在沒(méi)有灰色理論數(shù)據(jù)的光滑性以及沒(méi)有考慮收斂速度和預(yù)測(cè)精度的問(wèn)題。因此，提出了一種雙改進(jìn)灰色理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的復(fù)合灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)法。3發(fā)展前景時(shí)至今日。腐蝕管道適用性評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展方興未艾需要進(jìn)一步深入研究的內(nèi)容包括：高強(qiáng)度管道的評(píng)估技術(shù)基于可靠性的管道失

15、效評(píng)估準(zhǔn)則，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)估方法等。Chen[33]等使用非線(xiàn)性有限元法分析了含腐蝕缺陷高強(qiáng)度管線(xiàn)鋼的失效壓力。還提出了評(píng)估高強(qiáng)度管線(xiàn)多腐蝕失效壓力的方法經(jīng)論證，其能對(duì)含單個(gè)和多個(gè)腐蝕缺陷管道的失效壓力進(jìn)行有效地預(yù)測(cè)。邵煜等阻】綜合考慮長(zhǎng)輸管道縱向和環(huán)向受力特性運(yùn)用一次二階矩法對(duì)模型和參數(shù)的隨機(jī)性進(jìn)行模擬，并對(duì)內(nèi)壓、殘余應(yīng)力、腐蝕參數(shù)等影響管道失效的主要因素進(jìn)行了敏感性分析。研究證實(shí)內(nèi)壓、殘余應(yīng)力和變異系數(shù)越大，管道失效概率也就越

16、大。還提出了腐蝕是對(duì)管道失效影響最大的因素。孫寶財(cái)?shù)取?5】引入了遺傳算法來(lái)優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值，建立了GA—BP(L—M)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，使用樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果顯示，GA—BP(L—M)網(wǎng)絡(luò)模228型預(yù)測(cè)結(jié)果較好。這些技術(shù)將通過(guò)不斷地完善及推廣應(yīng)用。4結(jié)語(yǔ)含腐蝕缺陷的油氣管道容易導(dǎo)致穿孔泄漏事故，造成不可估量的損失。所以，定量分析腐蝕管道能否繼續(xù)使用以及如何繼續(xù)使用顯得尤為重要。但目前在進(jìn)行剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)時(shí)，往往對(duì)管道模型做了

17、部分假設(shè)。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)腐蝕缺陷的形狀、缺陷隨時(shí)間的變化及相鄰缺陷的相互作用等因素的估量。剩余壽命預(yù)測(cè)的實(shí)質(zhì)是確定腐蝕速率，故需深入研究腐蝕機(jī)理。建立各種腐蝕情況下的腐蝕速率預(yù)測(cè)模型，增加油氣管線(xiàn)剩余壽命預(yù)測(cè)的可靠度。因此，完善剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)和剩余壽命預(yù)測(cè)方法，建立起一套完整的適用性評(píng)價(jià)體系對(duì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、工業(yè)安全意義重大。參考文獻(xiàn)：[1]張良，趙新偉。羅金恒等含體積型缺陷鋼管的剩余強(qiáng)度計(jì)算與水壓爆破試驗(yàn)驗(yàn)證[J]焊管，2013，36(5)：2

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