考虑参数相关的腐蚀管道可靠性评价.pdf

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1、14化工机械2011年考虑参数相关的腐蚀管道可靠性评价曾海龙1’王振林2马继升1罗志刚1黄三勇1段军山1(1．金川集团有限公司金川镍钴研究设计院；2．天华化工机械及自动研究设计院)摘要建立了腐蚀缺陷参数相关情况下长输管道腐蚀可靠性模型．以此基于MonteCarlo模拟计算管道失效概率。应用非参数型的秩相关系数综合考虑了参数本身的不确定性和模型所用公式联合作用的影响，对影响管道失效的因素进行参数敏感性分析。结果表明：简单假设缺陷初始深度和长度相互独立会得到较为乐观的结果。随着相关性增加．极限状态函

2、数预期值变化不大，但管道失效概率显著增大。对管道失效影响因素排序随相关性增加而变化。分析确定影响管道失效因素随机变量的相关性对腐蚀管道可靠性评价具有较为重要的意义。关键词管道腐蚀缺陷可靠性蒙特卡罗模拟相关系数中图分类号TQOS5．8文献标识码A文章编号0254-6094(2011)Ol-0014-05腐蚀是管道失效的主要原因之一，由于受外部环境、输送介质及操作等因素的影响，随着管线服役期的增长．腐蚀导致金属管道管壁减薄，承压能力下降。到目前为止，我国已经建成并投入运营的石油和天然气管道总长超过了

3、50OOOkm，同时为了解决我国经济持续快速增长和能源供应之间的矛盾，未来几年将修建长约20000km的原油和天然气的管道。国内外关于油气管道失效事故的统计资料显示，由于腐蚀导致的管道失效事故高于其他因素¨1。腐蚀失效无疑是这些管道安全运行的主要威胁之一，通过对因腐蚀引起的管道进行可靠性评价，为管道制定相应的监控和维修计划以及对管道在服役期的安全运营具有重要的意义。国内外学者对腐蚀管道可靠性做了大量的研究工作。2。】。这些工作在对腐蚀管道可靠性评价的MonteCarlo模拟时均假设腐蚀缺陷参数相

4、互统计独立的前提．没有考虑腐蚀缺陷参数之间的相关性对腐蚀管道叮靠性的影响。事实上，由于管道所处环境因素的影响，某些情况下腐蚀缺陷参数之间往往存在着统计相关性一1。这种简化处理不可避免的与实际预测结果产生偏差。笔者采用MonteCarlo方法基于ASMEModifiedB31G失效压力模型，通过相关系度量腐蚀缺陷初始深度和长度两个随机变量之间的相关性，计算了上述情况下管道失效概率，通过参数敏感性分析了随机变量相关性对管道失效评价的影响。1腐蚀管道概率模型现有的管道评价标准ASMEB31G、Modi

5、fiedB3lG、Battelle、Shell-92以及DNV-99分别给出了腐蚀管道失效压力计算公式，这些标准主要的区别在于鼓胀系数和腐蚀缺陷面积等因素的确定方法不同。对承压管道，周向腐蚀缺陷对管道的承压能力影响不大，在建模时只考虑径向腐蚀缺陷。ModifiedB3lG标准中腐蚀管道的失效压力可表示为‘。1：当G<4时，G的计算式为：G：0．893罂(2)0Dt式中p，——失效压力，MPa；·曾海龙，男．1981年1月生，工程师。甘肃省金昌市，737100。笨一一ml一一．I第38卷第l期化工

6、机械15y卜管道材料屈服强度，MPa；JD——管道直径，mm；t——管道壁厚。mm；d(r卜71时刻腐蚀缺陷深度，mm；M——Foli鹪鼓胀系数。当￡2／伪≤50时．M=———L—(T)—2——殛F(T)4(3)当L2／Dr>50时，M-0．032簪+3．3(4)对准稳态腐蚀过程，与时间相关的d(T)和L(r)可表示为：d(7’)=do+一(7．一瓦)(5)L(7．)=Lo+K(T—To)(6)式中￡(r)——r时刻腐蚀缺陷长度，mm；y，——径向腐蚀速率，mm／a；匕——轴向腐蚀速率，mm／a

7、；d。，Lo——ro时刻(管道上次检测时间)的腐蚀缺陷深度和长度，mm。根据可靠性理论，定义极限状态函数(LSF)z为管道失效压力P，-q操作压力Pop之差。91：j=pr—P。。(7)当：>0(P，>P。。)时管道安全运行；当z≤0(p，≤p。，)时腐蚀缺陷失效。单个缺陷失效概率P，为：P，：咖(一卢)(8)式中中——标准正态分布函数的累积分布函数，卢=／z，／o"。。采用MonteCarlo计算方法模拟管道失效概率。失效压力P，是随机变量的函数，操作压力Jp。。是服从某一分布的随机变量。Pr

8、--pr(D，1．yS．V．．1，。do。Lo)(9)式中D、I、YS、匕、y，、d。和L。是服从某一分布的随机变最。在计算机上产生D。I，凇，V．，K，d。和￡。的随机数，代人式(9)，得到失效压力P，的随机数。根据上述管道失效模型计算状态函数z．记录z≤0的次数NP『‘‰，则当模拟次数／、，很大时，得到了P，的良好估计：Pf=≥产(10)对于含多个腐蚀缺陷的串联管道，各缺陷记为1，2，3，⋯，，1．相应的失效概率为Pfl’Pf2，P”⋯，P，。通常情况是假设各缺陷相互独立，也即任何一个缺陷的