腐蚀管道的可靠度分析方法研究

第１期喻西崇等：腐蚀管道的可靠度分析方法研究

腐蚀管道的可靠度分析方法研究

喻西案“”赵金洲４安维杰”邬亚玲’

＋（西南石油学院，四川南充６３７００１）¨（中海石油研究中心，北京１０００２７）

＋（南充炼油化工总厂二车间，四川南亢６３７０００）

摘要对腐蚀管道的模糊可靠度计算方法进行了深入研究，

提出了确定性可靠度和模糊可靠度两个基本概念；提出了基

于断裂失效判据、基于ＦＡＤ失效评估图和基于剩余强度３

种方法计算模糊可靠度的方法；提出了３种新的方法计算确

定性可靠度，即政进的ＪＣ法、ＧＡ－ＪＣ法和改进的Ｍｏｎｔｅ—

Ｃａｒｌｏ法以胜利油田某试验区已加入缓蚀剂的注水管道为

例，采用本文建立的计算模糊可靠度的３种计算方法和确定

性可靠度的３种方法，分别计算注水管道可靠度随着时间的

变化趋势在模糊可靠度的３种计算方法中，基于剩余强度

失效方法比较适中，是计算模糊可靠度较好的方法；在确定

性可靠度的３种计算方法中，改进的Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ法较好．

关键词腐蚀，管道，可靠度，Ｍｏｎｔｅ－Ｃ＆ｒｌｏ法，遗传算法

１

；ｐ弓

氏

管道腐蚀后，剩余强度和剩余寿命都有所减小，其安全

叫靠度和经济运行就显得尤为重要．因此对腐蚀管道，在进行剩余强度评价和剩余寿命预测的同时，有必要对其进行可靠性研究！ｉ，２１．腐蚀管道的可靠度是指保证管道在规定条件下（不发生断裂失效、不发生泄露等），在规定时间内（规定的剩余寿命或者运行年限），完成规定功能（规定输送量，规定输送压力和温度下）的概率ｐ＇４１管道可靠度计算的目的主要是从运行安全性和经济性考虑管道的选材，运行参数等可靠度分析、剩余强度评价以及剩余寿命预测等共同构成整个输送管道的适用性评价技术．

腐蚀管道的可靠性分析存在模糊性Ｌ５”７］．模糊性表现在三个方面；影响可靠度参数的模糊性、失散模式（脆性断裂、弹塑性断裂和塑性断裂）确定的模糊性以及失教判据的模糊性等其中，影响可靠度参数模糊性主要是指腐蚀缺陷检测手段的主观观测的模糊性以及腐蚀缺陷尺寸假设的模糊不确定性等；失效模式确定的模糊性是指确定脆性断裂、弹塑性断裂和塑性断裂时，通常采用“一刀切”的方法，即脆性断裂、弹塑性断裂以及塑性断裂之间的转换是突变的，不是渐变的ⅢＪ，而实际上三种断裂类型在边界处的转变是渐变的；失效判定的模糊性是指判断失效与否时界限的区分也是采用突变的形式，因此有必要将模糊数学理论引入到概率断裂力学中进行腐蚀管道断裂失效可靠度的定量计算本文基于卜述思想．利用模糊概率断裂力学定量计算腐蚀管道断裂失效可靠度

２模糊可靠度计算方法研究

２．１模糊断裂失效概率的近似计算方法

２００２１０２２收到第１稿．２００３－０１—０６收到修改稿．

设论域为ｘ＝｛ｘｌ，￡２

｛ｚ１，２２，…，ｚｎ）的模糊集合

，ｚ。），Ａ为模糊事件ｘ

即

五＝肛』扣，）／。１＋肛』（∞２）／ｚ２＋??，＋ｐ＾（ｚ。）／。。（１）如粜已知ｍ－发生的概率为肼，则模糊事件｜４发生的概率为Ｐ（Ａ）

Ｐ（Ａ）＝∑Ⅳ＾（≈慨（２）

１＝１

如果论域ｘ连续，则

Ｐ（＾）＝／ｐ互（ｚ）ｐ（ｚ）ｄ。（３）

Ｊ一∞

将模糊概率断裂力学用于腐蚀管道的可靠度分析计算时，如果是建立在失效模式基础上的功能函数，则为二级模糊判断，一级模糊判断的论域为ｘ－＝｛脆性断裂．弹塑性断裂．塑性断裂）＝｛ｚ１１，Ｘ１２，∞１３），在ｘ１上的模糊集合ｊ１为Ａ１＝ｔｚＡｌ如１１）／ｚｌｌ＋ｐ直１扣１２）／。１２＋

ｐ＾。（ｘ１３）／ｘ１３（４）二级模糊判断的论域为ｘ２＝｛脆性断裂判据，弹塑性断裂判据，塑性断裂判据）＝｛ｍ２１，。２２，。２３），在ｘ２上的模糊集合』２为

Ａ２＝肛＾２（ｚ２１）／。２１＋肛ｊ２如２２）／ｚ２２＋

ｐ直２（ｚ２３）／。２３（５）则建立在论域ｘ＝｛Ｘｌ，ｘ２）上总的模糊集合Ａ｛Ａ。，也）

Ａ＝（ｐ＾。（。１１）／ｚ１１＋ｐ五，如１２）／￡１２＋

肛直１（ｚ１３）／ｚ１３，ｐ＾２（ｚ２１）／ｚ２１＋

ｐ互２扣２。）／￡２２＋ｐ五２（。２３）／ｚ２３｝

则可靠度的计算公式

ｎ（ｔ）＝１一Ｆ（ｔ）＝ｌ—Ｐ（Ａ）＝

，一∑ｈ（一）∑％（蚴）ｒ“］

（６）

其中，｝％，（ｘｎ），肛』，（ｚ１２）和ｐ＾。（。１３）表示脆性断裂失效、弹塑性断裂失效和翅性断裂失效在腐蚀管道中以某种失效模

力学与实践２００４年第２６卷

式失效的隶属度；ｐ＾。（ｘ２１），卢』。（ｘ２２），卢五。（ｘ２３）表示脆性断裂失效、弹塑性断裂失效和塑性断裂失效在腐蚀管道中发生火效的隶属度；ｐ２ｌ，ｐ２２，Ｐ２３分别表１≮发生脆性断裂、弹塑性断裂和靼性断裂失效的概率

２，２确定模糊断裂失效概率的方法

２．２ｌ基于断裂失效判据确定模糊断裂丈散概率

慕于断裂失效判据确定模糊断裂失效概率的方法是建立在脆性断裂、弹塑性断裂和塑性断裂等３种失效模式基础之卜的，因此为二级模糊判断，其断裂失效概率的计算表达式

为

３，３，

Ｐ（＾）＝∑ｋ。（Ｘ１１）∑¨。（ｘ２，）蚴ｌ（８）

仁１

Ｊ２１

要计算断裂失效概率，必须要计算６个隶属函数“＾１（。１１），卢＾１（ｘ１２），ｔｚ．４．１（ｚ１３），ｐ＾２（。２１），肛＾２（∞２２），，ｔ蠡（。２３）和３个以断裂失效为基础的断裂失效为基础的断裂失效概率ｐ２１，ｐ２２，ｐ２３

２２．２基于ＦＡＤ失效评估图确定模糊断裂失效概率利用失效评估图（ＦａｉｌｕｒｅＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＤｉａｇｒａｍ，ＩｎＤ）判断断裂失效时，不是建立在断裂失效模式的基础上，只有在失效评估曲线（ＦａｉｌｕｒｅＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＣｕｒｖｅ，ＦＡＣ）内为安全．ＦＡＣ线外为失效时，为一级模糊断裂失效

在ｘｌ上的模糊集合为Ａ＝＃Ａ（Ｘ１）／Ｘｌ，断裂失效概率，’（Ａ）为

Ｐ（Ａ）＝，“（ｚ１）ｐｌ（９）其中，ｐｌ＝Ｐ（ｚ１＝９１（ｎ，ｃ，Ｐ’口ａ．Ｓｗ，ｑ—ｉ）＜０）＝ｐｔＫ？ｏ｛Ｎ。小一Ｋ，＜０、

Ｋ，ｏ为将横坐标为Ｓ代入ＦＡＣ失效评估曲线方程中计算得到的纵坐标值，如采用Ｒ６双判据通用曲线评估曲线ＦＡＣ，则

Ｋ，ｏ＝（１一０１４群）［ｏ３＋ｏ７ｅｘｐ（一０６５算）］（１０）２．２．３基于剩余强度确定模糊断裂失效概率

该方法建立在脆性断裂、弹塑性断裂和塑性断裂等３种失效模式基础上，为二级模糊判断，但第二级模糊判断只存１种，即口＜口，为安全，口兰唧为失效，在ｘ２上的模糊集合为Ａ２＝ｔｚＡ：（ｚ２）／。２．

其断裂失效概率的计算表达式为

３

Ｐ（＾）＝∑眠（％）ｐ＾。（。。）ｐ＿（１１）其中，ｐ２＝Ｐ（ｚ２＝９２（ｎ．ｃ．Ｐ，Ｏ－。，Ｓｗ，ｃ孓…ｉ）＜０）＝Ｐ（Ｆｐ一口＜ｏ）

隶属幽数的确定方法和前面相同．只是叩＝一／ｑ，，没有安全系数Ⅳ；。ｋ，ｌ；』ｊ为计算剩余强度ｏ－，时已经考虑了由上面讨论的３种计算方＿；士可知，定量计算断裂失效概率Ｐ（Ｚ），必须先确定隶属函数利第，级模糊断裂概率Ｐ隶属函数主要靠经验或模糊综合评判方法确定，但第一二级模糊断裂概率Ｐ的确定就涉及到如何定量计算腐蚀管道确定性可靠度方面的问题下面就这个问题怍深入Ｈ论

２．３定量计算腐蚀管道确定性可靠度

Ｉｆｌ前，定量计算确定性可靠度的方法大都是基于可靠性安全｝芹标的几何意义而得出的，主要有标准一阶一矩法、改进的阶二矩法和Ｍｏｎｔｅ—Ｃａｒｌｏ数值模拟法等３种．但这些方法都存在明显的缺点１９，１０ｌ，困此本文通过适当改进，提出了３种定量计算确定性可靠度的方法

２，３，１利用改进的一阶二矩法和Ｊ—ａ方法相结合预测可靠度改进一阶二矩法仍然只能求解基本随机变量为正态分布的可靠度。对于非正态分布的随机变量就无能为力因此本文利用改进的一阶二矩法和Ｊ－Ｇ方法相结台将非正志分布的随机变量转换为当量正态分布的随机变量，分别计算以断裂失效判据为基础的断裂失效第二级概率ｐ２１，ｐ２２，ｐ２３，以腿ｌＪ失效评估图为基础的断裂失效概率ｐ１和以剩余强度为基础的第二级断裂失效概率Ｐ２然后再代入各自的整体断裂失效概率表达式（８），（９）和（１１）中，分别计算出３种方法的整体断裂失效概率Ｐ（＾），本文将该方法命名为改进的ｊ－Ｃ方法．

２．３．２遗传算法和一阶二矩法、改进的Ｊ－Ｃ方法相结合预测可靠度

由安全指标卢的几何崽义可知，计算断裂失效概率Ｆ（ｔ）＝“一卢），即相当于求解在约束条件下的最小化问题

遗传算法能克服局部收敛，具有全局优化好的特点，冈此可以将遗传算法用于计算町靠度［ｎ－－１３］

由于存在一个等式约束条件，在进化过程中产生的随机变鼍很难满足等式约柬条件．因此在进行染色体串编码过程中，采取以下策略：选择某一随机变量虮不进行编码，仅对剩余的ｎ—１个随机变量靴，Ⅳ２，．．，叭一１，ｙｉ＋ｌ，一，蜘进行实数编码，即只对ｎ—１个随机变量进行优化，｛殳优化结束后得到的优化参数为酊，珐，…，纠０－，罅＋∥?，鲒，则根据等式约束条件ｚ＝ｇ（虻，虻，一，ｙ０１，贫，９０－，，蝣）＝０，解出优化随机变量酊

在进行遗传算法的选择操作时，在赌轮选择基础卜采用最佳个体保存方法：若按赌轮选择产生的第ｔ＋１代群体中没有第ｔ代中的最优秀个体，则将这个最优秀的个体直接代替第ｔ＋ｌ代群体中的某一个体在进行交叉操作时采川算术交叉或方向交叉的方式在进行变异操作时，采用白迁应动态变异的方式采用自适应改变交叉概率尸ｃ和变异概率尸ｍ

因此将断裂失效函数中的非正志随机变量ｚ：，黔过Ｊ－ｃ方法转换为当鼍的正态随机变量。。，然后再转换为当量标准正态随机变量Ｙ；，得到有约束的最小化问题，最后利用遗传算法进行全局优化求解，得到安全指标口，最终求得断裂失效概率本文将该方法命名为改进的ＧＡ—ＪＣ浊２．３．３利用改进的Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ数值模拟法预测可靠度

第１期喻西崇等：腐蚀管道的可靠度分析方法研究

Ｍｏｎｔｅ—Ｃａｒｌｏ数值模拟法在失效概率很小（小于１０叫），且摹本随机变量较多时，会导致训算量过大而小适川；而且每轮得到的断裂失效概率值不尽相同，也就是该方法的计算结粜对随机数的统计特征等性质很敏感．因此在标准Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ数值模拟法基础上作了如ｒ改进改进方法ｌ：减少随机模拟变量．

选择某个随机变量不进行数值模拟，只对断裂失效丽数巾的ｎ－１个随机变量ｚ１，ｚ２，．．，。卜１，Ｘｉ＋ｌ，?，ｘ。进行Ｍｏｎｔｅ—Ｃａｒｌｏ数值模拟．模拟完成后，将模拟结果ｚｉ，ｚ；，，ｚ：一１，ｚ鼻１，．．，ｚ：，代入断裂失效函数等式约柬Ｚ＝ｇ（。ｉ，ｚ；，．．，ｚｉ一。，。：，。苒。．－．－，。ｉ）＝０中，解出优化随机变量。；使用该方法可以在一定的程度上减少随机模拟次数．

改进方法２：重要性抽样法．

该方法的基本思想是尽量多抽取对断裂失效概率积分值贡献大的（即重要性大的）样点，从而克服对整个积分区均匀抽样的缺点具体办法是找出ｉ个位于失效区附近的重要性函数靠（?）来代替ｉ个距失效区远的原分布函数该方法比标准Ｍｏｎｔｅ—Ｃａｒｌｏ数值模拟法的模拟次数少得多，且计算精度高．但该方法必须已知备随机变量的分布酾数且要求设计点已知；罔此该方法具有一定的局限性使用时最好和其它解析法如政进的阶二矩法、Ｊ－Ｇ方法相结合使用改进方法３：分布拟合祛．

该厅陡叫以减少Ｍｏｎｔｅ—Ｃａｒｌｏ数值模拟法的计算量，特别在影响断裂失效概率的基本随机变鼍较多时，该方法可以有效减小计算量，提高计算精度

该方法吸取了标准Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ数值模拟法和改进的一阶二矩法的优点．克服了标准Ｍｏｎｔｅ—Ｃａｒｌｏ数值模拟法对于小失散概率计箅鼍大的缺点，克服了改进的一阶一矩法只适用丁正态分布的缺点；网此该方法具有较大的实用性本文将３种改进方法耦合在起，即在标准Ｍｏｎｔｅ—Ｃａｒｌｏ数值模拟法基础上，选择某一个随机变量不进行数值模拟，采用重要性抽样方法进行分布函数拟合方法；本文将耦合后的方浊命名为改进的Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ数值模拟法．

３应用分析

以胜利油田某试验医某已经加入缓蚀剂的注水管道为例．采用本文建立的计算模糊可靠度的３种计算方法和确定性可靠度的３种方法，分别计赞：注水管道可靠度随着时问的变化趋势，对备计算方法的预测精度进行比较，筛选出适台于注水管道模糊可靠度计算的较好方法

注水管道垦奉参数如下［１４ｊ：

确定性参数：管外径Ｄ。为４２０ｍｍ，壁厚ｔ为１０１３１１３２；Ｐａｒｉｓ公式中常数ｍ为４．１３；安全系数肮。ｆｏ取Ｌ５，弹性模量Ｅ取２．１×１０５ＭＰａ，抗拉强度０＂ｂ取４５０ＭＰａ，泊松比Ⅳ取０３

不确定性随机变量：断裂韧件ｊ订（ｊ的均值ｐⅣ，。为３０７７Ｎ／ｍｍｌ５，标准差口ⅣＩｃ为８０１２Ｎ／ｍｍｌ。５，变异豕数ＣＯＶ（ＫＩｃ）为ｏ０２６，服从对数正态分布；Ｐａｒｉｓ公式中常数ｅ均值“ｃ为２．３４×１０叫，标准差口ｃ为２．７５×１０叫，变异系数ＣＯＶ（Ｃ）为ｏ０１１７５，服从正态分布；初始腐蚀缺陷深度Ⅱ的均值ｐ。为ｌ＿０２Ｉｎｎｌ，标准差ｏ－。为０．０４５９ｎｌＤ２，变异系数ＣＯＶ（ａ）为００４５，服从三参数的Ｗｅｌｂｕｌｌ分１１ｉ；初始腐蚀缺陷长度Ｌ的均值卢Ｌ为５０５ＩｌｌＩｌｌ，标准差Ｏ＂Ｌ为ｏ０８３９ａｉｍ，变异系数ＣＯＶ（Ｌ）为ｏ０１６６，服从对数正态分布；材料屈服应力口。的均值为３１２ＭＰａ，标准差为６．７８ＭＰａ，变异系数ＣＯＶ（。）为０．０２１７，服从正志分布；注水压力尸的均值为１４５６ＭＰａ，标准差为０８９ＭＰａ，变异系数ＣＯＶ（Ｐ）为ｏ．０６１１，服从最大值分布．腐蚀缺陷为轴向内表面缺陷．

３．１３种计算模糊可靠度方法比较

对于给定腐蚀缺陷尺寸，利用改进的Ｍｏｎｔｅ—Ｃａｒｌｏ法分别计算基于断裂失效判据中的断裂失效概率ｐ２１，Ｐ２２，ｐ２３．基于ＦＡＤ失效评估图的一级断裂失效概率ｐ－＝Ｐ（Ⅳ，ｏ／Ⅳ５。ｆｅ—ｊ０＜０）以及基于剩余强度方法二级断裂失效概率ｐ。＝Ｐ（ａ，一ｏ－＜ｏ）然后分别代入前３种断裂失效方法式（８），（９）和（１１）中计算这３种模糊断裂失效概率或模糊可靠度基于断裂失效判据方祛中隶属函数采用线性值函数，后两种方法采用降岭型隶属函数．

由注水管道腐蚀缺陷尺寸扩展方程，得到躏蚀缺陷尺寸随着时间的变化趋势．对于每一给定腐蚀缺陷尺寸采用上而讨论３种方法计算其可靠度，可以得到注水管道可靠度髓着时间的变化趋势计算结果如图ｌ所示．图中的时间序号为相同间隔（?个月）的测量时间，如时间序号１代表１９９９年６月１日，时间序号２代表１９９９年７月１日，其它时间序号依次类推．

时间序号

图ｌ注水管道可靠度随着时间的变化趋势预测结果示意图

从图１可以看出：

（１）可靠度随着时间推移逐渐降低且降低幅度逐渐增夫．

（２）由３种断裂失效概率计算方法得到的模糊可靠度在开始时基本一致，但随着时问推移差异逐渐增人

（３）在３种断裂失效概率计算方法中，对于给定腐蚀缺陷尺寸，基于ＦＡＤ失效评估曲线方法得到的模糊可靠度最小，讣算结果最保守，基于断裂失效判据方法得到的模糊＿几Ｊ

力学与实践２００４年第２６卷

靠度最大，较危险，基于剩案强度失效方法比较适中，因此

基于剩余强度失效方法可必认为是计算模糊可靠度较好的方

＿；击

３．２基于剩余强度方法比较３种确定性可靠度计算方法

分别采用改进的ＪＣ方法、改进的ＧＡ—ＪＣ法和改进的

Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ法分别计算二级断裂失效概率ｐ２＝Ｐ（口，一

。＜０）然后再代入式（１１）中计算绗定腐蚀缺陷尺寸下

的模糊可靠度，其中隶属函数选取降岭型隶属函数，改进的

Ｍｏｎｔｅ．Ｃａｒｌｏ法的模拟次数为１００００次．

３种方法计算可靠度随着时间的变化趋势如图２所示．

寐涮薯黼匠翟埋

００８０６０．４０

型０２０

嫠㈣ｕ

０４８１２１６２０２４２８３２

时间序号

图２３种汁算确定可靠度方法的计算结果示意图

从图２可以看出，改进的ＪＣ法计算得到的可靠度比改进的Ｍｏｎｔｅ—Ｃａｒｌｏ法和ＧＡ－ＪＣ法计算得到的可靠度偏低，改进的Ｍｏｎｔｅ．Ｃａｒｌｏ法和ＧＡ－ＪＣ法计算值比较接近，改进的Ｍｏｎｔｅ—Ｃａｒｌｏ法在３种方法中计算值比较适中，因此－般情况下采用改进的Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ法计算确定性可靠度较好．４结论和讨论

（１）本文对腐蚀管道的模糊可靠度计算方法进行了深入研究，提出了确定性可靠度和模糊可靠度两个概念；提出了基于断裂失效判据、基于ＦＡＤ失效评估图和基于剩余强度３种方法计箅模糊可靠度的方法；提出了３种新的方法计算确定性可靠度，即改进的ＪＣ法、ＧＡ—ＪＣ法和改进的Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ法

（２）肚胜利油田某试验医已加入缓蚀剂的注水管道为例，采用本文建立的计算模糊可靠度的３种方法和计算确定性可靠度的３种方法，分别计算注水管道可靠度随着时间的变化趋势在模糊可靠度的３种计算方法中，基于剩余强度失效方法比较适中，是计算模糊可靠度较好的方法；在确定性可靠度的３种计算方法中，改进的Ｍｏｎｔｅ—Ｃａｒｌｏ法较好．

（３）本文提出的计算腐蚀管道可靠度的计算方法，虽然是针对注水腐蚀管道提出的，但计算方法和计算结果同样适用于地面输气腐蚀管道，输油腐蚀管道、油气水多相流腐蚀管道以及井简套臂、油管腐蚀管道的可靠度计算，因此本文提出的计算可靠度的方法无论从理论上还是工程应用都具有重要的指导意义

参考文献

１帅健基于失效评估图的油气管线可靠性分析天然气工业，

２００２，２纠０）：８３～８６

２钟群鹏．断裂失效的概率分析和评估基础北京：北京航空航天大学出版社，２０００

３曹晋华可靠｜生数学引沧．北京；科学出版礼，１９８６

４徐维新啤】可靠性数学理论问题北京：兵器上业出版社，１９９０

５方华灿模糊概率断裂力学．东营：石油大学出版社，１９９６

６方华灿．冰区海上结构物的可靠｜生分析，北京：石油：［业出版社，２０００

７左尚志含平面缺陷的压力管道在静载Ｆ的可靠性指标机械强度．２０００，２２（ｉ）

８王少萍工程可靠性．北京：北京航空航天大学山版社，２０００

９、ＶａｎｇＷＱＯｎｔｈｅＰｒｏｂａｂｉｌｉｔｉｅｓＦａｉｌｕｒｅＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔＤｉａ＿ｇｒａｍＩｎｔＪＰｒｅｓ，Ｖｅｓ＆Ｐｉｐｉｎｇ，１９９９，７６：６５３～６６２

１０棣钟济荣特．卡络方法上海，上海科技出版札，１９８５

１ｌＬｅｉｆｅｒＪＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆＡｌｕｍｉｎｕｍＰｌｔｔｌｎｇｉｎＮａｔｕｒａｌＷａｔｅｒｓ

ＶｉａＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＮｅｕｒａｌ

Ｎ８ｔＨｗｋＡｎａｌｙｓｉｓＣｏｒｒｏｓｉｏｎ／２０Ｄ０．

５６（６）

１２ＭｏｈａｇｈｅｇｈＳＡｍｅｒｌＭＫｅｙＰａｒａｍｅｔｅｒｓＣｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅＰｅｒｆｏｒｍｅｍｃｅｏｆＮｅｕｒｃ－ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＳＰＥ５１０７９，１９９８

１３ＳｈａｈａｂＭｏｈａｇｈｅｇｈＶｉｒｔｕａｌＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ：Ｐａｒｔ３－Ｆｕｚｚ）＂Ｌｏｇｉｃ２０００，ＳＰＥ６２４１５

Ｌ４潘家华潘家华油气储运工程著作选集．北京：石油工业出版社，２００１

ＲＥＬＩＡＢＩＬＩＴＹＡＮＡＬＹＳＩＳＭＥＴＨｏＤＳＩＮＣｏＲＲｏＳＩｏＮＰＩＰＥＬＩＮＥＳ

ＹｕＸｉｃｈｏｎｇ＋，＋＋ＺＨＡＯＪｉｎｚｈｏｕ＋ＡＮＷｅｉｊｉｅ”

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腐蚀管道的可靠度分析方法研究

作者：喻西崇， 赵金洲， 安维杰， 邬亚玲

作者单位：喻西崇(西南石油学院,四川南充,637001;中海石油研究中心,北京,100027)， 赵金洲(西南石油学院,四川南充,637001)， 安维杰(中海石油研究中心,北京,100027)， 邬亚玲(南充炼

油化工总厂二车间,四川南充,637000)

刊名：

力学与实践

英文刊名：MECHANICS IN ENGINEERING

年，卷(期)：2004，26(1)

被引用次数：2次

参考文献(14条)

1.帅健基于失效评定图的油气管线可靠性分析[期刊论文]-天然气工业 2002(02)

2.钟群鹏断裂失效的概率分析和评估基础 2000

3.曹晋华可靠性数学引论 1986

4.徐维新可靠性数学理论问题 1990

5.方华灿模糊概率断裂力学 1998

6.方华灿冰区海上结构物的可靠性分析 2000

7.左尚志含平面缺陷的压力管道在静载下的可靠性指标[期刊论文]-机械强度 2000(01)

8.王少萍工程可靠性 2000

9.Wang WQ On the Probabilities Failure Assessment Diagram 1999

10.徐钟济蒙特-卡络方法 1985

11.Leifer J Prediction of Aluminum Pitting in Natural Waters Via Artificial Neural Network Analysis

12.Mohaghegh S.Ameri M Key Parameters Controlling the Performance of Neuro-Simulation 1998

13.Shahab Mohaghegh Virtual Intelligent Applications in Petroleum Engineering: Part 3-Fuzzy Logic 2000

14.潘家华潘家华油气储运工程著作选集 2001

相似文献(10条)

1.期刊论文石红艳.汪涛.郑维兵.周向东.王志彬弥散型腐蚀管道氢致微裂纹扩展的有限元分析-油气储运

2010,29(6)

研究了弥散型缺陷管道氢致微裂纹扩展规律、裂纹扩展速率和裂纹扩展影响因素.利用ANSYS有限元分析软件,模拟了损伤管道微裂纹的扩展过程.结果表明:对于管道的弥散型腐蚀,管道内壁腐蚀最严重,由管道内壁向外腐蚀逐渐减弱.对弥散型腐蚀管道微裂纹扩展的有限元分析,可为腐蚀损伤管道的剩余强度和寿命评价提供技术支持.

2.期刊论文王春兰.张鹏.陈利琼.姚建军腐蚀管道剩余强度评价的基本方法-四川大学学报(工程科学版)

2003,35(5)

管道在长期的运行中不可避免会出现腐蚀,腐蚀缺陷的破裂是管道的主要失效形式.根据腐蚀管道的缺陷形貌将腐蚀分为均匀腐蚀、局部腐蚀和点蚀.采用双剪应力准则分析了腐蚀缺陷管道剩余强度的塑性极限承载能力,所建立的模型考虑了管道现场条件和室内爆破实验条件的差异,并提出了均匀腐蚀、局部腐蚀和点蚀管道剩余强度的分级评价方法和步骤,评价的精确性、评价所需数据资料的多少、评价人员的技能和完成评价分析的复杂性随级度的提高而增加.根据加拿大NOVA公司的爆破实验结果,可以验证该方法比美国ASME B31G和API579所推荐的方法更为接近于工程实际.

3.期刊论文朱晓峰.韩桂花论温度与应力对管道钢腐蚀影响-化学工程与装备2007,""(6)

管道钢材料腐蚀现象是工业安全危害最大的原因之一,影响到管道钢腐蚀一般有两种原因是温度与应力.当管道的运行温度升高,其发生高pH应力腐性开裂的可能性随之增大,处于静应力时,敏感电位的阳极电流增大,电位向负方向移动.管道钢材受到应力的作用,会发生局部塑性变弄,造成选择性局部腐蚀.本文针对管道钢材此特征,通过不同温度不同应力对管道钢材料进行试验,经过不同温度或不同应力体现出来的极化曲线分析,证明温度与应力对管道钢腐蚀化学行为的影响.

4.期刊论文赵学芬.姚安林.Zhao Xuefen.Yao Anlin地形起伏地区集气管道内腐蚀敏感性预测分析-天然气与石

油2007,25(3)

针对集气管道内腐蚀敏感性评价方法,对地形起伏地区的集气管道进行内腐蚀敏感性预测分析.通过分析影响管道内腐蚀的流体特性、管道内的腐蚀性介质以及离子含量等,确定敏感性评价指标,利用模糊综合评判模型初步预测管道内腐蚀的敏感性等级,找到发生内腐蚀破坏可能性相对较高的区域,以便采取恰当的防护措施或进行深入研究.

5.学位论文陈严飞海底腐蚀管道破坏机理和极限承载力研究2009

随着我国海洋油气资源的开发，海底管道对海上油气田的开发、生产和产品的运输起着关键性的作用，被称为海上油气田的“生命线”，海底管道建设日益增多。海底管道所处的海洋环境恶劣，管道发生腐蚀损伤不可避免。管道发生腐蚀后，会引起管壁整体或局部变薄，使得管道的静态和动态抗力减小，若不及时更换或维修，会引起海底管道的破坏和原油泄露事故。腐蚀是引起海底管道破坏的主要因素之一，为了避免此类事故的发生，需要准确预测腐蚀管道的剩余强度，及时正确决策腐蚀海底管道是否能继续运行。因此研究海底腐蚀管道在工作荷载以及环境荷载作用下的破坏机理和极限荷载具有重大的理论意义和实用价值。

基于经典的Tresca和Mises屈服准则，给出了完好管道和无限长腐蚀管道极限内压荷载解析解。建立了海底管道非线性分析模型，分析了轴向腐蚀管道在内压荷载作用下的破坏机理，提出了基于参考应力的应力失效准则来确定管道的失效内压，探究了腐蚀深度、腐蚀长度、腐蚀宽度、腐蚀位置、轴向应力、管材等参数对管道极限内压荷载的影响，与现有腐蚀管道计算方法进行了比较，并基于计算结果回归了轴向腐蚀管道失效内压荷载计算公式，通过与实验数据对比，验证了本公式的适用性和准确性。

研究了轴向和环向相邻腐蚀管道在内压荷载作用下的破坏机理和极限内压荷载的计算方法，研究了腐蚀轴向间距、环向间距和腐蚀深度等参数对管道失效模式和失效内压的影响，提出了轴向相邻腐蚀相互作用准则和环向相邻腐蚀相互作用准则。基于轴向和环向相邻腐蚀相互作用准则，提出了轴向投影和环向投影的双向投影的方法，采用等效长度、等效宽度、等效深度的概念，给出复合相邻腐蚀管道极限内压荷载计算步骤，发展了群腐蚀管道的极限内压荷载计算方法，为复杂腐蚀形式的管道的剩余强度评估提供了一定的参考依据。

基于理想弹塑性模型，给出了管道在剪力、扭矩、内压、轴向力联合作用下管道极限弯矩荷载无量纲一般解析解，探究了剪力、扭矩、内压和轴向力对管道极限弯矩荷载的影响，给出了相互作用曲线和曲面。基于线性强化弹塑性模型，给出了轴向力作用下管道极限弯矩荷载的解析解和近似解；并采用幂次强化模型，给出了内压和轴向力联合作用下管道的极限弯矩荷载计算方法。通过与实验数据对比表明，基于理想弹塑性假设的解析解预测值可以作为联合荷载作用下管道的极限弯矩荷载的下限值。当管道受到轴向拉力作用时，考虑管材的应变强化作用，管道极限弯矩荷载的预测值与实验值吻合更好。

基于Hill屈服准则，考虑了管材的各向异性，推导了不规则腐蚀缺陷管道在内压和轴向力联合作用下极限弯矩荷载解析解，并编制了相应的通用程序CPC。为了腐蚀管道评估的工程实用性，发展了等深度、椭圆和抛物线三种理想化形状腐蚀缺陷管道的解析解，通过算例验证了解析解与广义解结果具有很好的吻合性。探究了腐蚀深度、腐蚀宽度和腐蚀形状等参数对极限弯矩荷载的影响。研究表明除了腐蚀深度和宽度外，腐蚀形状对极限弯矩荷载有显著影响，将实际腐蚀简化为等深度腐蚀，将会过低估计管道的极限弯矩荷载。

6.期刊论文郭庆茹.何悟忠.冷旭耀.宫明对管道直流杂散电流干扰腐蚀的防治方法-油气储运2003,22(4)

通过对大连金州石棉矿区地下穿越管道段泄漏事故的分析,发现直流杂散电流的干扰是造成管道腐蚀穿孔的主要原因.为提高管道抗直流杂散电流干扰腐蚀的能力,对管道逐步实施了初步治理和综合治理,并对管道治理后的实际防护效果进行了比较分析,结果表明,根据直流杂散电流干扰腐蚀管道的不同程度,对管道防腐层的等级结构应进行相应改造,使排流设施布局更趋合理的综合治理可有效阻止直流杂散电流对管道的干扰腐蚀.

7.期刊论文魏新春.李鹏程.李强.刘建桥.Wei Xinchun.Li Pengcheng.Li Qiang.Liu Jianqiao新疆油田管道及设

施腐蚀原因分析-石油化工腐蚀与防护2009,26(5)

中国石油新疆油田公司因腐蚀造成容器、管道以及处理站报废而更新改造的资金每年在2亿元左右.稀油集输与注水管道内腐蚀严重;稠油热采集输管网中,最严重的是单井管道的外腐蚀,平均寿命为5 a,更短的为2 a;压力容器下半部位腐蚀严重;常压容器腐蚀主要集中在底部内表面与顶部内表面.腐蚀给油田生产、安全和环境造成了非常严重的影响.文章主要从腐蚀现象、原因分析和控制措施三个方面进行阐述.

8.期刊论文翁永基腐蚀管道安全管理体系-油气储运2003,22(6)

参照国内外标准,腐蚀管道安全管理体系的内容结构可以分为可靠性评价、风险评价和完整性管理三个层次.与原管道相比,腐蚀管道的可靠性下降,其下降程度取决于缺陷的性质和分类.对于裂纹缺陷和体积缺陷,分别以材料强度指标和壁厚指标为门槛值进行评价,以获得和管道失效率有关的信息.风险评价是在可靠性评价基础上结合失效后果的综合评价,可以准确判断整条管道最危险的管段和确定最具威胁的失效原因,是有重点地开展管道完整性管理的重要依据.介绍了管道风险评价的目标、内容和准则,给出了用打分法和危险矩阵法获得管道风险值(等级)的实例,并给出了管道完整性管理的基本框架、内容和方法,重点讨论了腐蚀管道的完整性检测、评价方法和再评价周期等问题.

9.期刊论文罗金恒.赵新伟.张华.白真权.李拥军.黄继红.刘光胜.LUO Jin-heng.ZHAO Xin-wei.ZHANG Hua.BAI

Zhen-quan.LI Yong-jun.HUANG Ji-hong.LIU Guang-sheng腐蚀管道剩余寿命预测方法-管道技术与设备

2006,""(5)

基于可靠性理论,提出了一种预测管道腐蚀剩余寿命的新方法,即管道腐蚀可靠性寿命预测方法.该方法包括建立腐蚀管道的失效状态函数、腐蚀速率等变量的概率分布模型、管道失效概率和可靠度随时间的变化规律;然后根据管道所处地区级别和风险等级给定目标可靠度,确定管道的腐蚀剩余寿命.运用此方法预测了新疆采油一厂红浅注汽管道的腐蚀剩余寿命,为该管道腐蚀检测周期的确定提供了科学依据.

10.学位论文王建军秦山地区核电厂海水系统管道防腐对策研究2008

金属的腐蚀是金属在环境的作用下所引起的破坏或变质。腐蚀的类型按腐蚀过程可分化学腐蚀和电化学腐蚀；按金属腐蚀破坏的形态和腐蚀区的分布，可分为均匀腐蚀和局部腐蚀。根据腐蚀机理，腐蚀防护一般对策是：隔离法、增加电势法、阴极保护法、改善环境和介质(缓蚀剂)或采用耐腐蚀材料。

在滨海核电站，海水管道有不锈钢管道、碳钢加内衬（衬涂层、衬橡胶、衬塑料、衬水泥砂浆）管道、钢筋混凝土管道及对强度要求不高的塑料管道。

本文系统调查和研究了秦山地区核电厂海水管道的腐蚀状况和不同防护措施的防护效果。经过几年的运行后，不少设备和管道都遭到了不同程度的局部腐蚀，造成部分设备管道需要更换及维修。腐蚀形态主要有点蚀、晶间腐蚀、磨损腐蚀（冲刷）、电偶腐蚀和缝隙腐蚀。

尽管不锈钢具有很好耐蚀性能，但核电站海水系统环境特殊，氯离子含量较高，常有污物粘附在管道内壁，有的管道海水处于静止的状态，导致不锈钢海水管道经常腐蚀穿孔。腐蚀机理一般为点蚀，往往伴随晶间腐蚀和应力腐蚀。故奥氏体不锈钢不适用于海水环境。海水管道应尽量采用碳钢加内衬的管道，比较好的形式如浸塑碳钢（或低合金）钢管。只要内衬不破损，就不会发生腐蚀问题。部分环境可考虑使用双相不锈钢。对已经选用奥氏体不锈钢管道的电厂，应加强对不锈钢管道的维护如清洁和检查，避免静止海水长时间浸泡。也可采用涂层防护。

碳钢或低合金钢材料在海水中均匀腐蚀速率很低，也发生溃疡腐蚀、冲刷腐蚀和电偶腐蚀等局部腐蚀。故除受到管道尺寸限制而不能实施防腐措施外，一般的防腐对策是：尽量采用碳钢加内衬的海水管道，也可采用涂层与阴极保护（牺牲阳极）的联合保护和外加电流阴极保护。

碳钢加内衬管道的腐蚀模式有均匀腐蚀、缝隙腐蚀和电偶腐蚀。碳钢加内衬的海水管道发生腐蚀穿孔的原因，主要是内衬由于老化、碰伤或其他局部缺陷导致的破损，内衬破损后，由于碳钢基体本身不耐海水腐蚀，很快就会导致穿孔，穿孔由内向外发展。碳钢加内衬管道也有由外向内发展的可能，主要是因为其他设备的泄漏导致海水直接接触碳钢基体，进而导致腐蚀发生。这种腐蚀方式在管道穿墙孔处很容易出现，这当然是一个运行维护问题，碳钢管道腐蚀的对策包括：采用绝缘的涂层隔离海水介质，保护管道不受腐蚀；也可采用涂层与阴极保护（牺牲阳极）的联合保护和外加电流阴极保护。对受管道直径限制的不能进行内衬涂层的管道和部件，必须定期监督，并在适当时候进行更换。对即使受到涂层保护的管道，由于受到涂层老化和冲刷影响，涂层也会破坏导致管道腐蚀，因此保证管道的可更换及防腐涂层修复的可达是非常重要的。

碳钢的电偶腐蚀是很重要的一种腐蚀。若腐蚀电位比碳钢海水管道高的某金属材料如不锈钢与碳钢管道形成电偶对，为电偶腐蚀创造了条件。特别是管道内衬材料破损后，由于形成了大阳极小阴极，将会加速碳钢基体的腐蚀穿孔。

电偶腐蚀对策有：设计中尽量避免不同金属的直接连接，选用同种材质或电位相近的材料；如果按工艺要求不可避免不同材质相连，应采取涂料防腐。注意涂漆原则“涂料一定要刷在耐蚀金属上”；用绝缘材料或涂层在连接处对双金属进行电绝缘。

针对水泥砂浆衬里脱落情况，定期对原有的水泥沙浆防腐层进行检查和维护，同时对管道强化阴极保护，可极大地降低管道的腐蚀。采用聚合物水

泥砂浆或者“高分子－陶瓷”复合材料衬里也是不错选择。钢筋混凝土管道和塑料管道很少出现腐蚀问题。

秦山地区核电厂海水系统的冷却水取自杭州湾入海口，海水含沙量大，泥沙沉积现象严重，对管道或设备冲刷腐蚀严重。目前只能通过改变运行方式来避免泥沙堵塞，对于冲刷腐蚀，可以采用好的涂层如环氧玻璃鳞片，并使防腐的修复可达，来达到控制冲刷腐蚀的目的。秦山二期安全厂用水系统（以下简称SEC）造就成功地达到了此目的。

引证文献(1条)

1.张鹏.彭星煜.胡明油气管道腐蚀可靠性的贝叶斯评价法[期刊论文]-中国安全科学学报 2008(12)

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下载时间：2010年12月30日