含腐蝕缺陷油氣管道適用性評價研究進展

1、電氣與自動化丁舒婷，等含腐蝕缺陷油氣管道適用性評價研究進展DOI：1019344／jenkiissnl6715276201701061含腐蝕缺陷油氣管道適用性評價研究進展丁舒婷，唐建群，鞏建鳴(南京r_lk大學機械與動力工程學院。江蘇南京211816)摘要：適用性評價是對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估的方法。適用性評價方法由剩余強度評價和剩余壽命預測兩個部分組成。闡述了近年來含腐蝕缺陷的油氣管道適用性評價方

2、法的進展，重點闡明了評價剩余強度的方法。歸納了預測剩余壽命的途徑，概述了腐蝕管道適用性評價領域的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：油氣管道；腐蝕；適用性評價；剩余強度；剩余壽命中圖分類號：TGl74文獻標志碼：A文章編號：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，我國長距離油氣輸送管線的建設突飛猛進，截至2010年，我國鋪設的石油、天然氣管道已達785萬公里預計10年后還將新建5萬公里[1]。然而，由于腐蝕或其他原因所導致的油氣管道穿孔泄漏事故屢有報道。造成了重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，如2013年1月發(fā)生的中石化湛江一茂名529輸油管線的原油泄漏事故，據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)場原油泄漏高達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行，已成為我國油氣輸送工程刻不容緩的使命。20世紀90年代，歐美國家提出了管道適用性評價方法(fitnessforserviceorfitnessforpurposeassessmentFFSorFFPA)對含腐蝕缺陷管道能否繼續(xù)使用以及如何繼續(xù)使用進行的工程定量評價，評價內(nèi)容主要包含剩余強度評價、剩余壽命預測兩個部分。目前，評估剩余強度已形成多種方法”)，主要有半經(jīng)驗公式法、有限元法以及概率評價方法，其中半經(jīng)驗公式法

8、又以傳統(tǒng)ASMEB31G準則【44】、修正ASMEB31G準則【“、API579準則[7s]為代表。剩余壽命預測可以由BP神經(jīng)網(wǎng)絡法、極值分布概率統(tǒng)計法和灰色理論法等實現(xiàn)。1剩余強度評價對于含腐蝕缺陷的管道，其剩余強度和承壓能力會發(fā)生變化。因此，管道剩余強度評價的研究內(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行的最大腐蝕缺陷尺寸這兩大方面，從而為管道維護、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、實驗研究和力學理論的半經(jīng)驗公式迄今為止。管道剩余強度計算方法的理論主要是基于Kiefner等p]建立的NG一18表面缺陷應力計算公式，并使用全尺寸爆破試驗數(shù)據(jù)不斷進行修正。∞世紀60年代，美國德克薩斯東部運輸公司和天然氣協(xié)會開始研究腐蝕管道剩余強度評價方法，基于斷裂力學，建立了針對管道表面缺陷的NG18計算公式，它是后來很多相關(guān)標準的基礎，至今仍是應用最為廣泛的剩余強度評價標準之一，其中，失效應力表達式為：2‘t‘盯脅PFnilure=

10、—百里，A卜石、fA＼1卜I石J面式中：P川。。為預測的失效應力值，MPa；t為管道壁厚，mm；tYF如為流變應力，伊‰=1IxSMYS，MPa，SMYS為材料最低屈服強度，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度，mm；M為鼓脹系數(shù)，無量作者簡介：丁舒婷(1990)，女，四川宣漢人，碩士研究生，研究方向為含腐蝕缺陷油氣管道適用性評價技

11、術(shù)。226萬方數(shù)據(jù)電氣與自動化丁舒婷等含腐蝕缺陷油氣管道適用性評價研究進展于BP神經(jīng)網(wǎng)絡，預測長輸管線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)絡算法有快速收斂以及精確度較高的優(yōu)點?；跇O值統(tǒng)計規(guī)律的剩余壽命預測方法，是將最大點蝕深度估計值和腐蝕進展時間相結(jié)合的方法陋]。局部腐蝕的最大深度，往往遵循第一類Gumbel極值分布。其分布函數(shù)為式(5)所示。對于管道局部腐蝕，通常采用

12、局部腐蝕進展公式，在式(6)中表示。將最大腐蝕坑深度代入腐蝕進展公式。解出達最大允許腐蝕深度值所需的時間。再減掉管道的腐蝕時間，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變量，mm；a為腐蝕孔平均深度，him。菇為t時刻的最大腐蝕壁厚值，mm；k為系數(shù)；t為腐蝕發(fā)展時間，a；n為時間常數(shù)，一般取值為o3～05。基于

13、灰色理論的剩余壽命預測方法避開了要建立在大樣本基礎上的傳統(tǒng)處理方法，將管線腐蝕體系視為灰色系統(tǒng)，對系統(tǒng)的腐蝕數(shù)據(jù)進行生成處理，從雜亂無章的隨機現(xiàn)象中去找出潛在的規(guī)律。程浩力等m]就是通過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便的GM(灰色動態(tài)模型greydynamicmode)(1，1)的腐蝕速率預測方法。經(jīng)實例證實，該算法有較高的預測精度。周慧[31]以神經(jīng)網(wǎng)絡能夠逼近任意函數(shù)的特征，提出了基于神

14、經(jīng)網(wǎng)絡的灰色回歸組合的管道腐蝕速率預測模型，該模型能夠?qū)⒆罴呀M合權(quán)重隱含在網(wǎng)絡的連接權(quán)中，克服了樣本數(shù)據(jù)少，數(shù)據(jù)波動性對精度的影響。張甫仁等[323則指出了現(xiàn)有灰色神經(jīng)網(wǎng)絡組合模型仍存在沒有灰色理論數(shù)據(jù)的光滑性以及沒有考慮收斂速度和預測精度的問題。因此，提出了一種雙改進灰色理論和神經(jīng)網(wǎng)絡法的復合灰色神經(jīng)網(wǎng)絡預測法。3發(fā)展前景時至今日。腐蝕管道適用性評價技術(shù)的發(fā)展方興未艾需要進一步深入研究的內(nèi)容包括：高強度管道的評估技術(shù)基于可靠性的管道失

15、效評估準則，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的評估方法等。Chen[33]等使用非線性有限元法分析了含腐蝕缺陷高強度管線鋼的失效壓力。還提出了評估高強度管線多腐蝕失效壓力的方法經(jīng)論證，其能對含單個和多個腐蝕缺陷管道的失效壓力進行有效地預測。邵煜等阻】綜合考慮長輸管道縱向和環(huán)向受力特性運用一次二階矩法對模型和參數(shù)的隨機性進行模擬，并對內(nèi)壓、殘余應力、腐蝕參數(shù)等影響管道失效的主要因素進行了敏感性分析。研究證實內(nèi)壓、殘余應力和變異系數(shù)越大，管道失效概率也就越

16、大。還提出了腐蝕是對管道失效影響最大的因素。孫寶財?shù)取?5】引入了遺傳算法來優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡的權(quán)值和閾值，建立了GA—BP(L—M)網(wǎng)絡預測模型，使用樣本數(shù)據(jù)進行預測。結(jié)果顯示，GA—BP(L—M)網(wǎng)絡模228型預測結(jié)果較好。這些技術(shù)將通過不斷地完善及推廣應用。4結(jié)語含腐蝕缺陷的油氣管道容易導致穿孔泄漏事故，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。但目前在進行剩余強度評價時，往往對管道模型做了

17、部分假設。應加強對腐蝕缺陷的形狀、缺陷隨時間的變化及相鄰缺陷的相互作用等因素的估量。剩余壽命預測的實質(zhì)是確定腐蝕速率，故需深入研究腐蝕機理。建立各種腐蝕情況下的腐蝕速率預測模型，增加油氣管線剩余壽命預測的可靠度。因此，完善剩余強度評價和剩余壽命預測方法，建立起一套完整的適用性評價體系對實現(xiàn)經(jīng)濟效益、工業(yè)安全意義重大。參考文獻：[1]張良，趙新偉。羅金恒等含體積型缺陷鋼管的剩余強度計算與水壓爆破試驗驗證[J]焊管，2013，36(5)：2

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