海底管道寿命预测及延寿决策方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术公开了一种海底管道寿命预测及延寿决策方法、系统、设备及介质，方法包括：采集待预测海底管道的运行状态数据及管道试验数据，确定待预测海底管道的腐蚀

【技术实现步骤摘要】
海底管道寿命预测及延寿决策方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术属于老龄海底管道完整性管理
，特别涉及一种海底管道寿命预测及延寿决策方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]海底管道是海洋油气运输的重要组成部分，随着服役年限的增加，许多海底管道都接近其设计寿命的终点或已经超过其设计寿命；目前，大多数老龄海底管道由于管理不善、早期设计不合理和运行环境恶劣，产生了严重的腐蚀疲劳裂纹和结构损伤，有的甚至提前达到工作寿命。而由于边际油田的继续开采，许多海底管道仍然需要继续服役5
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15年，极易引发海底管道泄漏失效事故，甚至造成严重的火灾和爆炸，带来巨大的经济损失和生态灾难；因此，为保证海底管道运行安全，亟需对海底管道进行寿命预测和延寿决策。
[0003]现有技术中，可靠性退化过程是表征和预测管道使用寿命的实质表现；在随机过程模型中，如：Wiener模型、Gamma模型和Gauss
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Poisson联合分布模型等被广泛应用于捕获退化过程中运行环境、测量和变异性的不确定性；但尽管可靠性退化状态是单调递减过程，但延寿评估更需要动态更新以适应复杂海底环境，且单一的线性损伤累积方法计算简单，缺乏明确的物理失效准则。
[0004]由于电化学和力学的交叉影响，腐蚀疲劳裂纹扩展机理更为复杂独特；然而，早期的过程模型对于延寿决策中的腐蚀疲劳裂纹扩展仍然较复杂和冗余；且在裂纹扩展阶段多采用初始Paris公式，结构参数的不确定性使得预测结果带有巨大的随机性。
专利技术内容
[0005]针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种海底管道寿命预测及延寿决策方法、系统、设备及介质，以解决现有的海底管道延寿决策过程中，疲劳过程模型复杂，评估结果可靠度较低，决策结果误差较大的技术问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]本专利技术提供了一种海底管道寿命预测及延寿决策方法，包括以下步骤：
[0008]选定待预测海底管道，采集待预测海底管道的运行状态数据及管道试验数据；
[0009]根据待预测海底管道的外管材料腐蚀与疲劳的交互作用，确定待预测海底管道的腐蚀
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疲劳动态退化过程状态；
[0010]基于采集的待预测海底管道的运行状态数据及管道试验数据，引入EIFS分布函数，确定当量初始缺陷尺寸和函数拟合参数；并根据确定的当量初始缺陷尺寸和函数拟合参数，对待预测海底管道的腐蚀
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疲劳动态退化过程状态的进行简化，得到海底管道腐蚀
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疲劳可靠性退化过程状态；
[0011]结合当量初始缺陷尺寸和Paris公式，根据海底管道腐蚀
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疲劳可靠性退化过程状态，采用动态贝叶斯网络，构建海底管道裂纹扩展模型；并根据海底管道裂纹扩展模型，获取海底管道裂纹失效概率曲线；
[0012]基于海底管道裂纹失效概率曲线及环境荷载循环次数，构建裂纹扩展极限状态方程；并根据裂纹扩展极限状态方程，采用蒙特卡洛方法，计算得到海底管道可靠性退化曲线；
[0013]根据待预测管道预设的可靠性阈值及海底管道可靠性退化曲线，确定待预测管道的运行寿命及关键失效时间节点，即得到所述的海底管道寿命预测及延寿决策结果。
[0014]进一步的，待预测海底管道的运行状态包括海底管道设计参数、管道运行路由及管道维检修数据；管道试验数据包括管道材料力学性能测试结果及疲劳裂纹扩展试验结果。
[0015]进一步的，待预测海底管道的腐蚀
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疲劳动态退化过程状态包括腐蚀坑萌生状态、腐蚀坑向短裂纹扩展状态、短裂纹向长裂纹扩展状态以及长裂纹扩展状态。
[0016]进一步的，根据待预测海底管道的外管材料腐蚀与疲劳的交互作用，确定待预测海底管道的腐蚀
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疲劳动态退化过程状态的过程，具体如下：
[0017]根据海底管道腐蚀环境及管道腐蚀层厚度，将管道初始防腐层破裂和腐蚀坑生成阶段整体划分为腐蚀坑萌生状态；
[0018]基于腐蚀坑萌生状态，结合待预测海底管道所处区域海洋环境下的波流作用，将待预测海底管道的管道腐蚀坑横向生长阶段和短裂纹发展阶段整体划分为腐蚀坑向短裂纹扩展状态；
[0019]基于腐蚀坑向短裂纹扩展状态，考虑裂纹扩展方式，将裂纹长度由短到长的发展阶段整体划分为短裂纹向长裂纹扩展状态
[0020]基于短裂纹向长裂纹扩展状态，考虑最终管道失效状态，将长裂纹扩展阶段整体划分为长裂纹扩展状态。
[0021]进一步的，基于采集的待预测海底管道的运行状态数据及管道试验数据，引入EIFS分布函数，确定当量初始缺陷尺寸和函数拟合参数；并根据确定的当量初始缺陷尺寸和函数拟合参数，对待预测海底管道的腐蚀
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疲劳动态退化过程状态的进行简化，得到海底管道腐蚀
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疲劳可靠性退化过程状态的过程，具体如下：
[0022]根据采集的待预测海底管道的管道试验数据，对每种管道试验环境条件下的应力断裂循环次数进行拟合，得到对应试验环境条件下的疲劳极限试验值及应力强度因子门槛试验值；
[0023]根据所述对应试验环境条件下的疲劳极限试验值和应力强度因子门槛试验值，确定待预测海底管道的当量初始缺陷尺寸EIFS的函数分布；
[0024]根据待预测海底管道的当量初始缺陷尺寸EIFS的函数分布，对待预测海底管道的腐蚀
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疲劳动态退化过程状态的进行简化，得到海底管道腐蚀
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疲劳可靠性退化过程状态；其中，所述海底管道腐蚀
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疲劳可靠性退化过程状态为基于初始缺陷尺寸下的裂纹扩展过程状态。
[0025]进一步的，结合当量初始缺陷尺寸和Paris公式，根据海底管道腐蚀
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疲劳可靠性退化过程状态，采用动态贝叶斯网络，构建海底管道裂纹扩展模型；并根据海底管道裂纹扩展模型，获取海底管道裂纹失效概率曲线的过程，具体如下：
[0026]根据当量初始缺陷尺寸，对Paris公式进行简化及函数变量提取，得到简化后的Paris公式；
[0027]选取动态贝叶斯网络的贝叶斯函数节点，根据简化后的Paris公式，构建海底管道裂纹扩展模型；
[0028]根据海底管道裂纹扩展模型，计算海底管道可靠性退化曲线，得到时间坐标下管道裂纹扩展尺寸概率，即得到所述海底管道裂纹失效概率缺陷。
[0029]进一步的，简化后的Paris公式具体如下：
[0030][0031]其中，da/dN为裂纹扩展量；a为裂纹深度；N为外加载荷循环次数；ΔK为应力强度因子变化范围；C和m均为材料参数，分别服从对数正态分布和正态分布；
[0032]其中，应力强度因子变化范围ΔK与待预测海底管道的几何形状有关；对于中心有裂纹的平板模型，应力强度因子变化范围ΔK描述为：
[0033][0034]其中，Δσ为远场应力幅，Y(a)为与裂纹深度相关的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海底管道寿命预测及延寿决策方法，其特征在于，包括以下步骤：选定待预测海底管道，采集待预测海底管道的运行状态数据及管道试验数据；根据待预测海底管道的外管材料腐蚀与疲劳的交互作用，确定待预测海底管道的腐蚀
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疲劳动态退化过程状态；基于采集的待预测海底管道的运行状态数据及管道试验数据，引入EIFS分布函数，确定当量初始缺陷尺寸和函数拟合参数；并根据确定的当量初始缺陷尺寸和函数拟合参数，对待预测海底管道的腐蚀
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疲劳动态退化过程状态的进行简化，得到海底管道腐蚀
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疲劳可靠性退化过程状态；结合当量初始缺陷尺寸和Paris公式，根据海底管道腐蚀
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疲劳可靠性退化过程状态，采用动态贝叶斯网络，构建海底管道裂纹扩展模型；并根据海底管道裂纹扩展模型，获取海底管道裂纹失效概率曲线；基于海底管道裂纹失效概率曲线及环境荷载循环次数，构建裂纹扩展极限状态方程；并根据裂纹扩展极限状态方程，采用蒙特卡洛方法，计算得到海底管道可靠性退化曲线；根据待预测管道预设的可靠性阈值及海底管道可靠性退化曲线，确定待预测管道的运行寿命及关键失效时间节点，即得到所述的海底管道寿命预测及延寿决策结果。2.根据权利要求1所述的一种海底管道寿命预测及延寿决策方法，其特征在于，待预测海底管道的运行状态包括海底管道设计参数、管道运行路由及管道维检修数据；管道试验数据包括管道材料力学性能测试结果及疲劳裂纹扩展试验结果。3.根据权利要求1所述的一种海底管道寿命预测及延寿决策方法，其特征在于，待预测海底管道的腐蚀
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疲劳动态退化过程状态包括腐蚀坑萌生状态、腐蚀坑向短裂纹扩展状态、短裂纹向长裂纹扩展状态以及长裂纹扩展状态。4.根据权利要求3所述的一种海底管道寿命预测及延寿决策方法，其特征在于，根据待预测海底管道的外管材料腐蚀与疲劳的交互作用，确定待预测海底管道的腐蚀
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疲劳动态退化过程状态的过程，具体如下：根据海底管道腐蚀环境及管道腐蚀层厚度，将管道初始防腐层破裂和腐蚀坑生成阶段整体划分为腐蚀坑萌生状态；基于腐蚀坑萌生状态，结合待预测海底管道所处区域海洋环境下的波流作用，将待预测海底管道的管道腐蚀坑横向生长阶段和短裂纹发展阶段整体划分为腐蚀坑向短裂纹扩展状态；基于腐蚀坑向短裂纹扩展状态，考虑裂纹扩展方式，将裂纹长度由短到长的发展阶段整体划分为短裂纹向长裂纹扩展状态基于短裂纹向长裂纹扩展状态，考虑最终管道失效状态，将长裂纹扩展阶段整体划分为长裂纹扩展状态。5.根据权利要求1所述的一种海底管道寿命预测及延寿决策方法，其特征在于，基于采集的待预测海底管道的运行状态数据及管道试验数据，引入EIFS分布函数，确定当量初始缺陷尺寸和函数拟合参数；并根据确定的当量初始缺陷尺寸和函数拟合参数，对待预测海底管道的腐蚀
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疲劳动态退化过程状态的进行简化，得到海底管道腐蚀
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疲劳可靠性退化过程状态的过程，具体如下：根据采集的待预测海底管道的管道试验数据，对每种管道试验环境条件下的应力断裂
循环次数进行拟合，得到对应试验环境条件下的疲劳极限试验值及应力强度因子门槛试验值；根据所述对应试验环境条件下的疲劳极限试验值和应力强度因子门槛试验值，确定待预测海底管道的当量初始缺陷尺寸EIFS的函数分布；根据待预测海底管道的当量初始缺陷尺寸EIFS的函数分布，对待预测海底管道的腐蚀
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疲劳动态退化过程状态的进行简化，得到海底管道腐蚀
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疲劳...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新宏，韩子月，张认认，郭孟孟，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：