一种埋地原油管道的腐蚀预测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种埋地原油管道的腐蚀预测系统及方法，所述腐蚀预测系统包括数据采集模块、数据库、仿真模块和应用模块，数据采集模块、仿真模块和应用模块均与数据库连接。所述腐蚀预测方法具体为：通过数据采集系统采集埋地管道的管道数据和环境数据，再根据管道数据和环境数据建立管道孪生数据模型；应用模块利用管道孪生数据模型进行模拟仿真运行，获取运行状态数据和腐蚀状态数据；通过应用模块进行初评，根据初评结果进行管道剩余强度计算以及剩余寿命预测，当计算结果或预测结果小于阈值时，应用模块进行维修决策。本发明专利技术利用了数字孪生技术来模拟管道运行和腐蚀状态，使预测结果更贴近实际，所得到的维修方案也更加真实可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种埋地原油管道的腐蚀预测系统及方法
本专利技术涉及数字孪生
，尤其是指一种埋地原油管道的腐蚀预测系统及方法。
技术介绍
石油的管道运输时我国五大运输产业之一，对我国国民经济起着非常重要的作用。然而埋地管道会随着时间的加长逐渐老龄化，防护层会随着时间的加长而遭到损坏，管道表面逐渐形成的腐蚀点坑也会使该处的管壁变薄，当管壁薄到强度不足以抵抗管内压和外部载荷所产生的应力时，管道就会发生结构性的破损故障。如果不能及时解决腐蚀造成的管壁损伤，极有可能会出现原油泄漏事故，给经济、环境带来重大损失。目前对于管道腐蚀的评价和预测方法较为单一的，且与实际情况相比存在着较大的保守性，不能满足管道腐蚀的预测需求，且在进行管道腐蚀预测时，针对不同类型的管道，其适用标准和条件也并不统一。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种埋地原油管道的腐蚀预测系统及方法。本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现：一种埋地原油管道的腐蚀预测方法，包括以下步骤：步骤一，数据采集模块采集埋地原油管道的管道数据以及环境数据，数据库根据数据模型对采集到的埋地原油管道的管道数据以及环境数据进行分类处理，分类处理后的管道数据以及环境数据均储存在数据库的实体数据单元中；步骤二，仿真模块读取管道数据以及环境数据，构建管道数字孪生模型；步骤三，应用模块通过管道数字孪生模型对埋地原油管道的运行状态和腐蚀状态进行仿真计算，仿真计算得到的埋地原油管道的运行状态数据和腐蚀状态数据均保存于数据库的孪生数据单元中；步骤四，应用模块通过管道数字孪生模型以及腐蚀速率算法对管道的内外腐蚀速率进行仿真计算，然后应用模块调取孪生数据单元中埋地原油管道的运行状态数据、腐蚀状态数据和数据库中评价标准，对埋地原油管道进行初次评价，若所述内外腐蚀速率、运行状态数据和腐蚀状态数据均不符合评价标准，则应用模块根据评价结果划分检查区域，并通过管道数字孪生模型模拟管道直接检查过程，采集管道直接检查过程数据并将其保存于数据库的评价数据单元内，并执行步骤五；其他情况下，则不进行管道直接检查，并根据内外腐蚀速率计算下一次评价的日期，将评价结果以及计算得到的内外腐蚀速率数据以及日期数据保存至数据库的评价数据单元内，并在达到预估管道直接检查的日期时返回执行步骤三；步骤五，应用模块根据评价数据单元内数据、剩余强度算法和剩余寿命预测算法进行管道剩余强度计算以及剩余寿命预测，得到的剩余强度计算结果以及剩余寿命预测结果均保存于评价数据单元内；步骤六，应用模块调用数据库内管道维修的剩余强度阈值数据和剩余寿命阈值数据，然后应用模块将剩余强度计算结果与剩余强度阈值进行比较，同时应用模块将剩余寿命计算结果与剩余寿命阈值进行比较，若应用模块检测到剩余强度计算结果低于剩余强度阈值，或是剩余寿命计算结果低于剩余寿命阈值，则应用模块调用维修决策单元，所述维修决策单元根据评价数据单元内数据决定管道维修方案；若应用模块检测到剩余强度计算结果高于剩余强度阈值且剩余寿命计算结果高于剩余寿命阈值，则管道继续使用。通过数字孪生技术对管道进行建模，并对管道腐蚀过程进行仿真，仿真过程可以做到与真实情况同步，所以以仿真数据为基础进行后续剩余强度和剩余寿命预测得到的结果会更加贴合实际情况。且在进行维修决策前先在数字孪生模型中进行维修仿真，并以仿真过程中得到的数据进行维修决策，使得维修决策的结果更加精准和贴近现实，由于埋地管道的维修需要挖开土壤进行维修，所以精准的维修决策可以减少人力物力的浪费，只在真正需要维修的时候才进行挖开土壤的维修。步骤六中所述维修决策单元根据评价数据单元内数据决定管道维修方案时执行维修决策子步骤，所述维修决策子步骤具体包括以下步骤：1.1维修决策单元根据评价数据单元内数据确定管道腐蚀类型，并根据管道腐蚀类型判断是否进行一级评价，若进行一级评价，并执行步骤1.2；若不进行一级评价，则执行步骤1.3；1.2调取管道缺陷数据和管道计算数据，同时调取数据库内一级评价标准，并根据管道缺陷数据、管道计算数据和一级评价标准进行一级评价，并判断是否接受一级评价结果，若接收一级评价结果，则管道继续使用；若不接受，则进一步判断是否进行降压使用，若进行降压使用，则根据一级评价准则进行腐蚀管道降级后的最大允许工作压力的计算，并按照计算所得腐蚀管道降级后的最大允许工作压力进行降压处理；若不进行降压使用，则执行步骤1.3；1.3判断是否进行二级评价，若进行二级评价，则执行步骤1.4；若不进行二级评价，则对管道进行直接维修；1.4调取数据库内一级评价标准，根据管道缺陷数据、管道计算数据和二级评价标准进行二级评价，并判断是否接收二级评价结果，若接收二级评价结果，则管道继续使用；若不接受，则进一步判断是否进行降压使用，若进行降压使用，则根据二级评价准则进行腐蚀管道降级后的最大允许工作压力的计算，并按照计算所得腐蚀管道降级后的最大允许工作压力进行降压处理；若不进行降压使用，则对管道进行直接维修。对埋地管道的数据采用统一的评价标准进行评价，并根据评价结果来指定维修方案；且制定了两种评价标准，针对管道的不同状态进行比较，一级评价标准针对的是忽略附加载荷受内压作用的管道，而二级评价标准针对的是受内压和外压及附加载荷作用下的管道。即使得到的数据无法满足评价标准，但也都先尝试是否可以通过降压手段来进行调整，尽量避免通过直接维修方案进行维修，减少人力和物力的消耗。所述腐蚀类型包括均匀腐蚀类型、局部腐蚀类型和点状腐蚀类型；所述管道缺陷数据为孪生数据单元内腐蚀状态数据；所述管道计算数据为评价数据单元内内外腐蚀速率计算结果、剩余强度计算结果以及剩余寿命预测结果。由于不同的腐蚀类型对管道的剩余强度和剩余寿命的影响不同，所以在进行维修决策时需要先确定腐蚀的类型才能确定后续维修决策所需的管道缺陷数据和管道计算数据，才能针对不同的腐蚀类型制定不同的维修方案。步骤四中所述腐蚀速率算法公式如下：CR＝nKtn-1；其中：CR为腐蚀速率；t为埋地时间；K为常数，取值范围为0.1至0.5；n为指数，取值范围为0.3至1.2。步骤五中所述剩余强度计算结果包括最小壁厚计算结果、管道最大允许工作压力计算结果和最大允许缺陷长度计算结果；所述最小壁厚计算公式、管道最大允许工作压力计算公式和最大允许缺陷长度计算公式具体如下：1)最小壁厚计算公式：环向最小壁厚公式：轴向最小壁厚公式：最小壁厚公式：其中：为环向最小壁厚，为轴向最小壁厚，tmin为最小壁厚；P为管道运行内压，D0为管道外径，EW为焊缝系数，S为材料许用应力，β为两倍的管材松泊比，Dm为管道中径，F、Mx为附加载荷压力；2)管道最大允许工作压力计算公式：轴向管道最大允许工作压力：环向向管道最大允许工作压力：腐蚀管道降级后的最大允许工作压力公式：MAWPt＝max(PL，PC)；其中：PL本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种埋地原油管道的腐蚀预测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一，数据采集模块(1)采集埋地原油管道的管道数据以及环境数据，数据库(2)根据数据模型对采集到的埋地原油管道的管道数据以及环境数据进行分类处理，分类处理后的管道数据以及环境数据均储存在数据库(2)的实体数据单元(2-1)中；/n步骤二，仿真模块(3)读取管道数据以及环境数据，构建管道数字孪生模型；/n步骤三，应用模块(4)通过管道数字孪生模型对埋地原油管道的运行状态和腐蚀状态进行仿真计算，仿真计算得到的埋地原油管道的运行状态数据和腐蚀状态数据均保存于数据库(2)的孪生数据单元(2-2)中；/n步骤四，应用模块(4)通过管道数字孪生模型以及腐蚀速率算法对管道的内外腐蚀速率进行仿真计算，然后应用模块(4)调取孪生数据单元(2-2)中埋地原油管道的运行状态数据、腐蚀状态数据和数据库(2)中评价标准，对埋地原油管道进行初次评价，若所述内外腐蚀速率、运行状态数据和腐蚀状态数据均不符合评价标准，则应用模块(4)根据评价结果划分检查区域，并通过管道数字孪生模型模拟管道直接检查过程，采集管道直接检查过程数据并将其保存于数据库(2)的评价数据单元(2-3)内，并执行步骤五；其他情况下，则不进行管道直接检查，并根据内外腐蚀速率计算下一次评价的日期，将评价结果以及计算得到的内外腐蚀速率数据以及日期数据保存至数据库(2)的评价数据单元(2-3)内，并在达到预估管道直接检查的日期时返回执行步骤三；/n步骤五，应用模块(4)根据评价数据单元(2-3)内数据、剩余强度算法和剩余寿命预测算法进行管道剩余强度计算以及剩余寿命预测，得到的剩余强度计算结果以及剩余寿命预测结果均保存于评价数据单元(2-3)内；/n步骤六，应用模块(4)调用数据库(2)内管道维修的剩余强度阈值数据和剩余寿命阈值数据，然后应用模块(4)将剩余强度计算结果与剩余强度阈值进行比较，同时应用模块(4)将剩余寿命计算结果与剩余寿命阈值进行比较，若应用模块(4)检测到剩余强度计算结果低于剩余强度阈值，或是剩余寿命计算结果低于剩余寿命阈值，则应用模块(4)调用维修决策单元(4-1)，所述维修决策单元(4-1)根据评价数据单元(2-3)内数据决定管道维修方案；若应用模块(4)检测到剩余强度计算结果高于剩余强度阈值且剩余寿命计算结果高于剩余寿命阈值，则管道继续使用。/n...

【技术特征摘要】
1.一种埋地原油管道的腐蚀预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，数据采集模块(1)采集埋地原油管道的管道数据以及环境数据，数据库(2)根据数据模型对采集到的埋地原油管道的管道数据以及环境数据进行分类处理，分类处理后的管道数据以及环境数据均储存在数据库(2)的实体数据单元(2-1)中；
步骤二，仿真模块(3)读取管道数据以及环境数据，构建管道数字孪生模型；
步骤三，应用模块(4)通过管道数字孪生模型对埋地原油管道的运行状态和腐蚀状态进行仿真计算，仿真计算得到的埋地原油管道的运行状态数据和腐蚀状态数据均保存于数据库(2)的孪生数据单元(2-2)中；
步骤四，应用模块(4)通过管道数字孪生模型以及腐蚀速率算法对管道的内外腐蚀速率进行仿真计算，然后应用模块(4)调取孪生数据单元(2-2)中埋地原油管道的运行状态数据、腐蚀状态数据和数据库(2)中评价标准，对埋地原油管道进行初次评价，若所述内外腐蚀速率、运行状态数据和腐蚀状态数据均不符合评价标准，则应用模块(4)根据评价结果划分检查区域，并通过管道数字孪生模型模拟管道直接检查过程，采集管道直接检查过程数据并将其保存于数据库(2)的评价数据单元(2-3)内，并执行步骤五；其他情况下，则不进行管道直接检查，并根据内外腐蚀速率计算下一次评价的日期，将评价结果以及计算得到的内外腐蚀速率数据以及日期数据保存至数据库(2)的评价数据单元(2-3)内，并在达到预估管道直接检查的日期时返回执行步骤三；
步骤五，应用模块(4)根据评价数据单元(2-3)内数据、剩余强度算法和剩余寿命预测算法进行管道剩余强度计算以及剩余寿命预测，得到的剩余强度计算结果以及剩余寿命预测结果均保存于评价数据单元(2-3)内；
步骤六，应用模块(4)调用数据库(2)内管道维修的剩余强度阈值数据和剩余寿命阈值数据，然后应用模块(4)将剩余强度计算结果与剩余强度阈值进行比较，同时应用模块(4)将剩余寿命计算结果与剩余寿命阈值进行比较，若应用模块(4)检测到剩余强度计算结果低于剩余强度阈值，或是剩余寿命计算结果低于剩余寿命阈值，则应用模块(4)调用维修决策单元(4-1)，所述维修决策单元(4-1)根据评价数据单元(2-3)内数据决定管道维修方案；若应用模块(4)检测到剩余强度计算结果高于剩余强度阈值且剩余寿命计算结果高于剩余寿命阈值，则管道继续使用。


2.根据权利要求1所述的一种埋地原油管道的腐蚀预测方法，其特征在于，步骤六中所述维修决策单元(4-1)根据评价数据单元(2-3)内数据决定管道维修方案时执行维修决策子步骤，所述维修决策子步骤具体包括以下步骤：
1.1维修决策单元(4-1)根据评价数据单元(2-3)内数据确定管道腐蚀类型，并根据管道腐蚀类型判断是否进行一级评价，若进行一级评价，并执行步骤1.2；若不进行一级评价，则执行步骤1.3；
1.2调取管道缺陷数据和管道计算数据，同时调取数据库(2)内一级评价标准，并根据管道缺陷数据、管道计算数据和一级评价标准进行一级评价，并判断是否接受一级评价结果，若接收一级评价结果，则管道继续使用；若不接受，则进一步判断是否进行降压使用，若进行降压使用，则根据一级评价准则进行腐蚀管道降级后的最大允许工作压力的计算，并按照计算所得腐蚀管道降级后的最大允许工作压力进行降压处理；若不进行降压使用，则执行步骤1.3；
1.3判断是否进行二级评价，若进行二级评价，则执行步骤1.4；若不进行二级评价，则对管道进行直接维修；
1.4调取数据库(2)内一级评价标准，根据管道缺陷数据、管道计算数据和二级评价标准进行二级评价，并判断是否接收二级评价结果，若接收二级评价结果，则管道继续使用；若不接受，则进一步判断是否进行降压使用，若进行降压使用，则根据二级评价准则进行腐蚀管道降级后的最大允许工作压力的计算，并按照计算所得腐蚀管道降级后的最大允许工作压力进行降压处理；若不进行降压使用，则对管道进行直接维修。


3.根据权利要求2所述的一种埋地原油管道的腐蚀预测方法，其特征在于，所述腐蚀类型包括均匀腐蚀类型、局部腐蚀类型和点状腐蚀类型；所述管道缺陷数据为孪生数据单元(2-2)内腐蚀状态数据；所述管道计算数据为评价数据单元(2-3)内内外腐蚀速率计算结果、剩余强度计算结果以及剩余寿命预测结果。


4.根据权利要求1所述的一种埋地原油管道的腐蚀预测方法，其特征在于，步骤四中所述腐蚀速率算法公式如下：
CR＝nKtn-1；
其中：CR为腐蚀速率；t为埋地时间；K为常数，取值范围为0.1至0.5；n为指数，取值范围为0.3至1.2。


5.根据权利要求1所述的一种埋地原油管道的腐蚀预测方法，其特征在于，步骤五中所述剩余强度计算结果包括最小壁厚计算结果、管道最大允许工作压力计算结果和最大允许缺陷长度计算结果；所述最小壁厚计算公...

【专利技术属性】
技术研发人员：王少培，刘永召，周德营，
申请(专利权)人：浙江中控技术股份有限公司，浙江中控软件技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33