腐蚀管道剩余寿命及参数灵敏度分析.pdf

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1、万方数据2011年12月第29卷第6期西北工业大学学报JournalofNorthwesternPolytechnicalUniversityDeC．20llV01．29No．6腐蚀管道剩余寿命及参数灵敏度分析支希哲，周红，何洁(西北工业大学工程力学系，陕西西安710072)摘要：考虑腐蚀速率的影响，改进了计算腐蚀管道失效压力方程，建立了管道腐蚀剩余寿命预测的概率模型，采用重要抽样法对其进行模拟，并通过目标可靠度指标确定管道的剩余寿命，提出了一种新的管道腐蚀寿命预测方法，并对管道的各项参数进行灵敏度分析，讨论了这些参数变化对管道失效概率的影响，得出径

2、向腐蚀速率为缺陷管道失效的主要因素。关键词：腐蚀管道，重要抽样法，参数灵敏度，可靠性，剩余寿命预测中图分类号：TE988文献标识码：A文章编号：1000-2758(2011)06-0984-04在工业生产装置中，随着管道使用年限的增加，管道腐蚀现象日益严重，致管道壁厚减薄，承压能力下降，当腐蚀达到一定程度时，就会造成管道局部腐蚀穿孔泄漏或破裂事故。因此，对存在一定腐蚀的管道进行剩余寿命预测，对于延长管道寿命，降低维修费用，保证管道安全运行具有非常重要的意义。对腐蚀管道可靠性的研究，国内外的学者已经做了一些工作¨娟J，其中文献[3]采用一次二阶矩法对腐

3、蚀管道的可靠性进行了研究；文献[4]分析了管道的各项参数服从对数正态分布时对腐蚀管道的灵敏度；文献[5]对埋地管道进行了分析，建立了腐蚀管道的剩余寿命预测概率模型。本文基于管道失效压力计算公式心J，考虑了管道运行过程中腐蚀速率的作用，改进了计算腐蚀管道失效压力的方程。建立了管道腐蚀剩余寿命预测的概率模型，采用重要抽样法，确定出了管道的剩余使用年限。对管道的各项参数进行灵敏度分析，讨论了这些参数对管道的失效概率的影响。1腐蚀管道可靠性模型1．1腐蚀管道可靠性评估方法管道发生腐蚀后，管道的强度和承载能力会降低。一般来讲，管道的失效压力主要取决于下列主要参

4、数P6=八D，t，d，Z，c，P6i)(1)式中P。为腐蚀管道的失效压力；P乩为完好管道的失效压力；D为管道直径；f为管壁厚度；z为缺陷最大长度；d为缺陷最大深度；c为缺陷最大宽度。Netto等人通过大量的实验和数据分析，得到腐蚀管道的失效压力公式旧1P6-(学)[1-o．9435(d!∥’6(1／D)04](2)该公式仅适用于c／D≥0．0785，0．1≤d／t≤0．8，l／D≥0．5的情况，若1／D>1．5，则令l／D=1．5。对准稳态腐蚀过程，与时间r相关的深度d(T)和长度Z(r)可表示为d(T)=do+V(r一死)(3)Z(T)=Z。+圪(

5、丁一％)(4)式中Z(T)、d(T)为r时刻腐蚀缺陷长度、深度；"为径向腐蚀速率；圪为轴向腐蚀速率；％、cf0为死时刻(管道上次检测时间)时的腐蚀缺陷深度和长度。将上述公式(3)、(4)代人失效方程(2)中，得到腐蚀管道在r时刻时的失效压力方程P6-(学)收稿日期：2011-03-08基金项目：陕西省教育厅科学研究计划(2010JK593)与西北工业大学研究生创业种子基金(Z2011072)资助作者简介：支希哲(1957一)，西北工业大学教授，主要从事振动控制、管道可靠性研究。万方数据第6期支希哲等：腐蚀管道剩余寿命及参数灵敏度分析{⋯肼35[(止掣

6、型(止幽D)n4】)＼』J根据可靠性理论，定义极限状态函数g(菇)为管道失效压力P。与操作压力Po之差g(髫)=P6一P。(6)当g(茗)>0(P。>P。)，管道安全运行；当g(菇)≤0(P。≤P。)，管道处于失效状态。1．2确定性变量和随机变量的选取影响管道失效的参数有材料性能参数or。管径D、壁厚t、操作压力P。腐蚀缺陷深度d。和长度％以及腐蚀速率V和圪。在上述参数中，并非所有的变量都相互独立，如缺陷深度变化的同时其长度也在变化，两者有一定的关联。为了计算简便，假定每个参数相互独立，并视所选取的各参数均服从正态分布。1．3腐蚀管道可靠性分析的重要

7、抽样法腐蚀管道的剩余寿命可根据目标可靠度或可接受的失效概率来确定。文献[9～11]都推荐高风险区的管道最大可接受失效概率为10～。本文针对腐蚀管道剩余寿命小概率问题，结合重要抽样法，计算腐蚀管道剩余寿命的失效概率。重要抽样法¨21是一种在保证计算精度的情形下能够提高抽样效率的方法。其基本原理为：通过采用重要抽样密度函数来代替原来的抽样密度函数，使得样本落人失效的概率增加，以此来获得更高‘的抽样效率和快的收敛速度，其计算公式如下。，，，^．、P，2J．．．上。厶M揣^，(z)出(7)式中，h。(x)表示重要抽样密度函数。若用Ⅳ个样本向量对其进行随机抽样

8、，则结构失效概率的估计值为1N．，，、P，2专荟{‘h]爱等)(8)式中正(xi)为基本变量的联合概率密度函