一种点腐蚀作用下油气管道系统的随机失效概率评估方法技术方案

本发明专利技术公开了一种点腐蚀作用下油气管道系统的随机失效概率评估方法，包括以下步骤：1)在时刻t时，测量腐蚀点的腐蚀深度及腐蚀长度；2)计算在时刻t时，油气管道腐蚀点的剩余强度；3)计算油气管道腐蚀点随机剩余强度；4)计算油气管道腐蚀点随机剩余强度Z(t)的均值函数及自协方差函数；5)根据步骤4)计算随机剩余强度Z和

A Stochastic Failure Probability Assessment Method for Oil and Gas Pipeline System under Point Corrosion

The invention discloses a stochastic failure probability assessment method for oil and gas pipeline system under pitting corrosion, which includes the following steps: 1) measuring corrosion depth and corrosion length of corrosion point at time t; 2) calculating residual strength of corrosion point of oil and gas pipeline at time t; 3) calculating stochastic residual strength of corrosion point of oil and gas pipeline; The mean value function and autocovariance function of random residual strength Z (t) of corrosion point of oil and gas pipeline are calculated; 5) The random residual strength Z and S are calculated according to step 4.

【技术实现步骤摘要】
一种点腐蚀作用下油气管道系统的随机失效概率评估方法
本专利技术属于油气管道输送
，涉及一种点腐蚀作用下油气管道系统的随机失效概率评估方法。
技术介绍
改革开放后，中国油气管道企业也进入了改革发展的阶段，不仅引入大量国外油气管道相关先进技术，并且积极主动地学习国外先进管理经验，使得我国油气管道建设整体水平显著提高。典型的例子就是西气东输工程，总长约4000公里，是我国独立自行设计和建设的第一条世界级水平的天然气管道工程。至今，我国已形成了横贯东西、纵贯南北的基本管道网络，对保障油气田稳定输送，满足工业生产和人民生活对油气能源的需要，确保社会经济持续、稳定、均衡发展，有着非常重要的意义。陆上油气管道输送过程中，其所处地质灾害种类多、环境状况复杂，随着运行时间的增长，腐蚀缺陷会导致管壁最终无法承受工作压力而造成管道失效，因此开展陆上油气管道的腐蚀失效研究，对提高管道失效事故的预测能力，确保管道安全运行、稳定供应具有重要意义。腐蚀是引起油气管道失效最常见也是最重要的因素，在外界环境因素影响下，任何管道的材质都会受到不同程度的腐蚀破坏，一般随着时间的推移腐蚀现象会越来越严重，最终会彻底导致管道失效。油气管道主要面临两种腐蚀环境，一是管道穿越土壤的外腐蚀环境，二是输送介质中H2S、CO2等有害物质构成的内腐蚀环境。美国1992-2012年共计发生管道事故10798起，其中腐蚀导致的事故占18.5％；加拿大2000-2012年发生的所有管道事故中腐蚀泄漏事故占一半以上。我国油气管线的腐蚀问题也很突出，国内学者通过对四川省天然气管道事故的统计发现，39.5％的事故是由管道腐蚀所引起；2013年青岛发生的东黄输油管道泄漏爆炸特别重大事故中，调查显示腐蚀是导致管道穿孔泄漏的重要原因之一。腐蚀对管道造成的破坏分为体积型破坏(局部腐蚀)、弥散型破坏(点腐蚀和氢鼓泡)和裂纹型破坏(应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳)三大类。目前主要基于弹塑性断裂力学分析方法，利用失效评估图技术对腐蚀管道的裂纹型破坏进行评定；针对腐蚀管道的体积型破坏，国际上通常采用DNV-RP-F101等评价准则和方法评估管道的局部腐蚀缺陷；现在国内外评估腐蚀管道弥散型破坏的方法很多，最具代表性的包括：APl579准则、ASMEB31G准则等，但由于评价过程过于复杂，工程上很难应用，实际过程中一般是借用体积型腐蚀破坏的评价方法对其进行评定，这些方法往往基于均匀腐蚀率评估管道的腐蚀情况，为腐蚀管道的完整性评估提供了理论支持，但实际中还应该考虑环境的变化对管道腐蚀状况的影响，因此需要构建一种评估方法，该方法能够评估出点腐蚀作用下油气管道系统的随机失效概率，以评估油气管道的腐蚀破坏情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种点腐蚀作用下油气管道系统的随机失效概率评估方法，该方法能够准确评估点腐蚀作用下油气管道系统的随机失效概率。为达到上述目的，本专利技术所述的点腐蚀作用下油气管道系统的随机失效概率评估方法包括以下步骤：1)获取油气管道系统的相关参数及各腐蚀监测点的相关参数，其中，油气管道系统的相关参数包括油气管道的外部直径D、壁厚b、系统操作压力P0及屈服强度σy，腐蚀监测点的相关参数包括腐蚀点的深度h0、长度k0、深度方向腐蚀速率v1及长度方向腐蚀速率v2；2)在时刻t时，测量腐蚀点的腐蚀深度h(t)＝h0+v1t及腐蚀长度k(t)＝k0+v2t；3)计算在时刻t时，油气管道腐蚀点的剩余强度4)考虑油气管道腐蚀点剩余强度的随机性，引入随机变量β，则油气管道腐蚀点随机剩余强度Z(t)＝Z1(t)×β；5)计算油气管道腐蚀点随机剩余强度Z(t)的均值函数μZ(t)＝E[Z(t)]＝Z1(t)×E[β]＝Z1(t)及自协方差函数CZZ(ti,tj)＝λ2ρ2Z1(ti)Z1(tj)，其中，λ为随机变量β的变化系数，ρ2为Z(t)在随机变化过程中不同时间点ti与tj的关联系数；6)根据步骤5)计算随机剩余强度Z和的互协方差函数其中，及为随机变量Z和的均值及标准差，ρ1为随机变量Z与的相关系数；7)根据高斯随机过程理论，由步骤6)得：8)基于结构可靠性分析中的首次穿越概率理论计算油气管道系统的失效概率其中，Pf(0)为时刻t＝0时油气管道系统的故障率，v为上通速率，上通速率v由赖斯准则来确定，即为在时刻t时P0的变化斜率，为随机过程中Z(t)的时间导数，φ及Φ分别为标准正态密度函数及标准正态分布函数；9)由于时刻t＝0时点腐蚀作用下油气管道系统的失效概率Pf(0)＝0，常量P0的变化斜率则t时刻单个腐蚀点的随机失效概率10)计算在时刻t时点腐蚀作用下油气管道系统的随机失效概率Pf,s(t)，其中，Pf,s(t)为在时刻t时油气管道上的第i个腐蚀点导致系统随机失效的概率，n为油气管道上存在的腐蚀点个数。步骤3)的具体操作为：31)计算油气管道腐蚀点的剩余强度其中，σf为油气管道内的流体应力，A为局部腐蚀缺陷在油气管道纵轴方向的投影面积，A0为管道腐蚀前原始的纵轴方向投影面积，M为腐蚀管道失效前的鼓胀系数，其中，A＝h×k，A0＝b×k，σf＝1.15σy，则油气管道腐蚀点的剩余强度32)则在时刻t时，油气管道腐蚀点的剩余强度步骤8)中计算油气管道系统的失效概率的具体操作为：81)在t时刻，油气管道腐蚀点的随机剩余强度Z(t)降至油气管道系统正常运行的操作压力P0以下时，油气管道系统处于失效状态，则油气管道系统的失效概率Pf(t)＝P[H≤0]＝P[Z(t)≤P0]；82)根据结构可靠性分析中的首次穿越概率理论，油气管道系统的失效概率可以转换为其中，Pf(0)为时刻t＝0时油气管道系统的故障率，v为上通速率；83)由于上通速率v的平均取值较小，则油气管道系统的失效概率可以表示为步骤2)中采用线性模型测量腐蚀点的腐蚀深度h(t)＝h0+v1t及腐蚀长度k(t)＝k0+v2t。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的点腐蚀作用下油气管道系统的随机失效概率评估方法在具体操作时，并非单一的根据传统油气管道系统失效准则建立失效概率模型，而是在其基础上，利用可靠性分析中的首次穿越概率理论对失效概率模型进行改造，以提高评估结果的真实可靠性，具体的，考虑油气管道腐蚀点剩余强度的随机性引入随机变量β，以计算油气管道腐蚀点随机剩余强度，使得评估的结果更加符合实际情况，然后基于结构可靠性分析中的首次穿越概率理论计算t时刻单个腐蚀点的随机失效概率，并根据t时刻单个腐蚀点的随机失效概率计算在时刻t时点腐蚀作用下油气管道系统的随机失效概率，以定量化评估管道的失效时间，为实际掌握管道的腐蚀进度提供理论支撑，为提前实施合理的维修决策提供指导。附图说明图1管道点腐蚀示意图；图2本专利技术的流程图；图3不同方法下求取的系统失效概率曲线图；图4不同的相关系数ρ2对系统失效概率的影响图；图5不同的操作压力P0对系统失效概率的影响图；图6不同的腐蚀速率v1和v2对系统失效概率的影响图；图7不同的管道尺寸D和b对系统失效概率的影响图；图8不同的屈服强度σy对系统失效概率的影响图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：参考图1及图2，本专利技术所述的点腐蚀作用下油气管道系统的随机失效概率评估方法包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种点腐蚀作用下油气管道系统的随机失效概率评估方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取油气管道系统的相关参数及各腐蚀监测点的相关参数，其中，油气管道系统的相关参数包括油气管道的外部直径D、壁厚b、系统操作压力P0及屈服强度σy，腐蚀监测点的相关参数包括腐蚀点的深度h0、长度k0、深度方向腐蚀速率v1及长度方向腐蚀速率v2；2)在时刻t时，测量腐蚀点的腐蚀深度h(t)＝h0+v1t及腐蚀长度k(t)＝k0+v2t；3)计算在时刻t时，油气管道腐蚀点的剩余强度

【技术特征摘要】
1.一种点腐蚀作用下油气管道系统的随机失效概率评估方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取油气管道系统的相关参数及各腐蚀监测点的相关参数，其中，油气管道系统的相关参数包括油气管道的外部直径D、壁厚b、系统操作压力P0及屈服强度σy，腐蚀监测点的相关参数包括腐蚀点的深度h0、长度k0、深度方向腐蚀速率v1及长度方向腐蚀速率v2；2)在时刻t时，测量腐蚀点的腐蚀深度h(t)＝h0+v1t及腐蚀长度k(t)＝k0+v2t；3)计算在时刻t时，油气管道腐蚀点的剩余强度4)考虑油气管道腐蚀点剩余强度的随机性，引入随机变量β，则油气管道腐蚀点随机剩余强度Z(t)＝Z1(t)×β；5)计算油气管道腐蚀点随机剩余强度Z(t)的均值函数μZ(t)＝E[Z(t)]＝Z1(t)×E[β]＝Z1(t)及自协方差函数CZZ(ti,tj)＝λ2ρ2Z1(ti)Z1(tj)，其中，λ为随机变量β的变化系数，ρ2为Z(t)在随机变化过程中不同时间点ti与tj的关联系数；6)根据步骤5)的计算结果计算随机剩余强度Z和的互协方差函数其中，及为随机变量Z和的均值及标准差，ρ1为随机变量Z与的相关系数；7)根据高斯随机过程理论，由步骤6)得：8)基于结构可靠性分析中的首次穿越概率理论计算油气管道系统的失效概率其中，Pf(0)为时刻t＝0时油气管道系统的故障率，v为上通速率，上通速率v由赖斯准则来确定，即为在时刻t时P0的变化斜率，为随机过程中Z(t)的时间导数，φ及Φ分别为标准正态密度函数及标准正态分布函数；9)由于时刻t＝0时点腐蚀作用下油气管道系统的失效概率Pf(0)＝0，常量P...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆正山，赵乐新，骆济豪，王小完，王文辉，李易安，姚梦月，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61