一种基于风险的陆上输油管道目标可靠度确定方法技术

本发明专利技术涉及一种基于风险的陆上输油管道目标可靠度确定方法，属于陆上输油管道设计技术领域。所述方法包括：构建输油管道的典型设计工况，并根据管道失效的可能性，建立管道极限状态模型；对管道极限状态模型进行仿真，计算得出每种工况的失效概率；根据管道失效事故对环境和社会经济造成的影响，构建输油管道失效后果模型；结合用地类型和介质类型，分别计算得出每种工况的失效后果；根据失效概率和失效后果，计算得出管道的风险基准，并以此得到管道目标可靠度。本发明专利技术通过合理的基于风险的方法建立了陆上输油管道目标可靠度，实现了基于可靠性的方法对新建输油管道的设计、施工方案进行优化，保持管道全生命周期内的风险水平一致。

A risk based method for determining reliability of land oil pipeline

The invention relates to a risk based method for determining the reliability of the land oil pipeline target, which belongs to the technical field of the land oil pipeline design. The method includes: a typical design condition of pipeline construction, and according to the possibility of pipeline failure, establish pipeline limit state model; simulation of pipeline limit state model, calculates the failure probability of each working condition; according to the pipeline failure accidents on the environment and social economic effects caused by the consequences of failure model of oil pipeline construction; according to land use type and medium type, the consequences of failure of each working condition were calculated; according to the failure probability of pipeline, calculated the risk of reference, and thus the pipeline target reliability. The objective reliability of land pipeline is established by reasonable risk based method. The reliability based method is applied to optimize the design and construction plan of new oil pipeline and keep the risk level consistent in the whole life cycle of pipeline.

【技术实现步骤摘要】
一种基于风险的陆上输油管道目标可靠度确定方法
本专利技术涉及一种基于风险的陆上输油管道目标可靠度确定方法，属于陆上输油管道设计

技术介绍
目前国内输油管道的设计仍用传统的基于应力设计方法，对设计的不确定因素及影响难以给出定量的结果，不能明确施工、运维管理过程中的隐患和薄弱环节，可能导致输油管道运营的可靠性、安全性无法得到保障，经济性不能充分发挥。此外，我国应用管道长距离输送原油已有四十余年，部分长期运行的管道已进入事故多发阶段，对现役管道可靠性进行定量分析和评价，以科学指导管道运行维护，防止泄漏以及管道的突发断裂，预防油品大量泄漏和火灾爆炸事故发生有积极意义。因此有必要引入先进的可靠性设计和评价方法。基于可靠性的设计和评价方法引入的基础和核心即为确定能够适用于我国输油管道建设和运行现状的管道目标可靠度。目标可靠度代表了保证输油管道可靠运行的最低要求，也就是说当管道在整个设计寿命周期内都满足这个目标时，则认为管道是可靠的。这个目标可以通过设计和运营管理措施得以实现，能够针对新建管道制定优化设计方案，并能够对在役输油管道提供运行维护指导，保障管道安全可靠的前提下，实现管道全生命周期费用最优。
技术实现思路
为了解决现有输油管道设计和评价方法难以量化安全可靠程度等问题，并为基于可靠性的设计和评价方法提供准则，本专利技术的目的在于提供一种基于风险的陆上输油管道目标可靠度确定方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于风险的陆上输油管道目标可靠度确定方法，包括以下步骤：步骤1，根据已建输油管道的基础数据，构建若干种输油管道典型设计工况，并分别确定每种典型设计工况的里程权重；步骤2，根据输油管道失效原因统计分析结果，建立输油管道主要失效原因的极限状态模型；步骤3，根据步骤2中所建立的极限状态模型，对所述极限状态模型进行模拟仿真，计算得出每种典型设计工况的失效概率；步骤4，根据管道不同失效模式对环境和社会经济造成的影响，构建输油管道失效后果模型；步骤5，根据步骤4中得到的失效后果模型，结合用地类型和介质类型，分别计算得出每种典型设计工况的失效后果；步骤6，由步骤1中所述的每种典型设计工况的里程权重、步骤3中所述的失效概率和步骤5中所述的失效后果建立输油管道风险基准的计算方法；步骤7，由步骤5中的失效后果和步骤6中的风险基准得到输油管道目标可靠性的计算模型。进一步的，步骤1中所述输油管道的基础数据包括管道钢级、管道外径、管道设计压力和管道壁厚。进一步的，步骤2中输油管道主要失效原因包括腐蚀和第三方挖掘破坏。进一步的，步骤2中建立输油管道极限状态模型包括以下步骤：步骤2.1，根据输油管道受破坏的可能性，获取每种典型设计工况下输油管道承受的最大抗力和最大荷载；步骤2.2，获取每种典型设计工况下输油管道的管材性能、腐蚀及运行维护参数；步骤2.3，根据每种典型设计工况下输油管道的管材性能、腐蚀及运行维护参数，建立输油管道管材性能、荷载及运行维护参数的概率分布模型；步骤2.4，根据每种典型设计工况下输油管道承受的最大抗力和最大荷载，确定输油管道极限状态条件；步骤2.5，根据所述输油管道极限状态条件所对应的参数，以及所述输油管道管材性能、荷载及运行维护参数的概率分布模型，建立输油管道极限状态模型。进一步的，步骤2中所述输油管道极限状态模型的建立包括以下四种情况：1)在输油管道非透壁腐蚀缺陷情况下，所述输油管道极限状态模型为：g2＝Pr-P＝B1Pb+(1-B1)P0-B2σu-P其中，P为管道设计压力，MPa；Pb为管道预测破裂压力，MPa；P0为完整管道的破裂压力，MPa；σu为材料的拉伸强度，MPa；t为管道壁厚，mm；d为平均腐蚀深度，mm；D为管道外径，mm；B1、B2为模型偏差系数；Mt为Folias系数，由下式确定：其中，L为缺陷的轴向长度，mm；2)在输油管道透壁腐蚀缺陷情况下，所述输油管道极限状态模型为：g3＝Pr-P＝B3Pb-P其中，B3为模型偏差系数；Mt是Folias系数，由下式确定：其中，L为缺陷的轴向长度，mm；3)在输油管道受第三方挖掘导致管道穿孔的情况下，所述输油管道极限状态模型为：g1＝ra-qq＝8.09w0.922RDRN其中：ra为包含模型误差在内的管材抗力值，kN；σu为管材抗拉强度，MPa；lt为挖掘机斗齿齿尖长度，mm；wt为挖掘机斗齿齿尖宽度，mm；q为挖掘机作用力，kN；w为挖掘机的重量，吨；RD为冲击系数；RN为冲击力法向分力系数；e为模型误差项；4)在输油管道受第三方挖掘导致管道凹坑-划伤类失效的情况下，所述输油管道极限状态模型为：g4＝σc-σh其中，dd0为零内压时的缺陷深度，mm；m为Folias系数；σc为临界环向应力抗力；σh为内压产生的环向应力；KIC为临界应力强度，MPa；q为挖掘机作用力，kN；dg为划伤的深度；lg为划伤的长度；E为杨氏模量；cv2/3为2/3尺寸夏比冲击试样的冲击功值；cv0为经验系数；ac为2/3尺寸夏比冲击试样的截面面积；lt为挖掘机斗齿齿尖长度；P为管道设计压力，MPa；Sm为缺陷深度与管道外径的相关系数；Yb和Ym均为管道划伤深度与管道壁厚的相关系数；σy为管材屈服强度，MPa。进一步的，步骤4中所述失效后果模型为：CR＝βv0.8其中，CR为失效后果；β为区位因子；v为泄漏体积，m3；泄漏体积的计算包括以下情况：1)小孔泄漏，vSL＝22.92)大孔泄漏，vLL＝8.51×10-4D23)破裂，vRU＝2.31×10-3D2D为管道外径，mm。进一步的，步骤6中所述风险基准由下式确定：其中，为风险基准，pi为每种典型设计工况的失效概率，CR,i为每种典型设计工况的失效后果，wi为每种典型设计工况的里程权重。进一步的，输油管道目标可靠性的计算模型为：其中，RT为输油管道的目标可靠度；为风险基准；CR为失效后果。进一步的，所述陆上输油管道的目标可靠度为的计算模型为：1)极端极限状态目标可靠度：2)泄漏极限状态目标可靠度：其中，RT为目标可靠度；β为区位因子；D为管道外径，mm。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的陆上输油管道目标可靠度确定方法，通过合理的基于风险的方法建立了管道目标可靠度。以不同极限状态条件下的目标可靠度作为恰当的管道安全可靠判据，采用基于可靠性的原理对新建输油管道的设计、施工方案进行优化，并合理的指导管道后期的运行维护，以达到管道全生命周期内方案最优、费用最省，保持管道全生命周期内的风险水平一致，对于输油管道基于可靠性的设计技术工程化具有重要意义。附图说明图1为本专利技术所述上输油管道目标可靠度确定方法的流程图；图2本专利技术实施例提供的陆上输油管道极端极限状态目标可靠度。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。参见图1，本专利技术实施例提供了一种基于风险的陆上输油管道目标可靠度确定方法，包括如下步骤：步骤1，根据国内已建输油管道的基础数据，构建了119种国内输油管道典型设计工况，并分别确定每种典型设计工况的里程权重。统计收集国内已建的34条原油和成品油管道，里程总计1172本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于风险的陆上输油管道目标可靠度确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据已建输油管道的基础数据，构建若干种输油管道典型设计工况，并分别确定每种典型设计工况的里程权重；步骤2，根据输油管道失效原因统计分析结果，建立输油管道主要失效原因的极限状态模型；步骤3，根据步骤2中所建立的极限状态模型，计算得出每种典型设计工况的失效概率；步骤4，根据管道不同失效模式对环境和社会经济造成的影响，构建输油管道失效后果模型；步骤5，根据步骤4中得到的失效后果模型，结合用地类型和介质类型，分别计算得出每种典型设计工况的失效后果；步骤6，由步骤1中所述的每种典型设计工况的里程权重、步骤3中所述的失效概率和步骤5中所述的失效后果建立输油管道风险基准的计算方法；步骤7，由步骤5中的失效后果和步骤6中的风险基准得到输油管道目标可靠性的计算模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于风险的陆上输油管道目标可靠度确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据已建输油管道的基础数据，构建若干种输油管道典型设计工况，并分别确定每种典型设计工况的里程权重；步骤2，根据输油管道失效原因统计分析结果，建立输油管道主要失效原因的极限状态模型；步骤3，根据步骤2中所建立的极限状态模型，计算得出每种典型设计工况的失效概率；步骤4，根据管道不同失效模式对环境和社会经济造成的影响，构建输油管道失效后果模型；步骤5，根据步骤4中得到的失效后果模型，结合用地类型和介质类型，分别计算得出每种典型设计工况的失效后果；步骤6，由步骤1中所述的每种典型设计工况的里程权重、步骤3中所述的失效概率和步骤5中所述的失效后果建立输油管道风险基准的计算方法；步骤7，由步骤5中的失效后果和步骤6中的风险基准得到输油管道目标可靠性的计算模型。2.根据权利要求1所述的基于风险的陆上输油管道目标可靠度确定方法，其特征在于，步骤1中所述输油管道的基础数据包括管道钢级、管道外径、管道设计压力和管道壁厚。3.根据权利要求1所述的基于风险的陆上输油管道目标可靠度确定方法，其特征在于，步骤2中输油管道主要失效原因包括腐蚀和第三方挖掘破坏。4.根据权利要求2所述的基于风险的陆上输油管道目标可靠度确定方法，其特征在于，步骤2中建立输油管道极限状态模型包括以下步骤：步骤2.1，根据输油管道受破坏的可能性，获取每种典型设计工况下输油管道承受的最大抗力和最大荷载；步骤2.2，获取每种典型设计工况下输油管道的管材性能、腐蚀及运行维护参数；步骤2.3，根据每种典型设计工况下输油管道的管材性能、腐蚀及运行维护参数，建立输油管道管材性能、荷载及运行维护参数的概率分布模型；步骤2.4，根据每种典型设计工况下输油管道承受的最大抗力和最大荷载，确定输油管道极限状态条件；步骤2.5，根据所述输油管道极限状态条件所对应的参数，以及所述输油管道管材性能、荷载及运行维护参数的概率分布模型，建立输油管道极限状态模型。5.根据权利要求4所述的基于风险的陆上输油管道目标可靠度确定方法，其特征在于，步骤2中所述输油管道极限状态模型的建立包括以下四种情况：1)在输油管道非透壁腐蚀缺陷情况下，所述输油管道极限状态模型为：g2＝Pr-P＝B1Pb+(1-B1)P0-B2σu-P其中，P为管道设计压力，MPa；Pb为管道预测破裂压力，MPa；P0为完整管道的破裂压力，MPa；σu为材料的拉伸强度，MPa；t为管道壁厚，mm；d为平均腐蚀深度，mm；D为管道外径，mm；B1、B2为模型偏差系数；Mt为Folias系数，由下式确定：其中，L为缺陷的轴向长度，mm；2)在输油管道透壁腐蚀缺陷情况下，所述输油管道极限状态模型为：g3＝Pr-P＝B3Pb-P其中，B3为模型偏差系数；Mt是Folias系数，由下式确定：其中，L为缺陷的轴向长度，mm；3)在输油管道受第三方挖掘导致管道穿孔的情况下，所述输油管道极限状态模型为：g1＝ra-q

【专利技术属性】
技术研发人员：周亚薇，张振永，田姗姗，张金源，余志峰，吴建军，佟雷，王洪波，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油管道局工程有限公司，中国石油管道局工程有限公司设计分公司，
类型：发明
国别省市：北京,11