XAB油田M區(qū)塊管線安全服役年限預(yù)測研究

崔志翔

摘要：油氣管道輸送的基本要求是安全高效，一旦發(fā)生事故，不僅會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且對社會和環(huán)境也會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，其直接或間接經(jīng)濟(jì)損失巨大。因此，工業(yè)發(fā)達(dá)國家均高度重視油氣管道的可靠性，對在役油氣輸送管道的可靠性進(jìn)行研究。油田管線安全服役年限預(yù)測是管道安全評價的重要組成部分，直接關(guān)系到管道檢測、維修和更換周期的確定。油田管線安全服役年限預(yù)測研究的意義，就在于尋求安全性與經(jīng)濟(jì)性的最佳結(jié)合點。

關(guān)鍵詞：安全經(jīng)濟(jì);剩余壽命;腐蝕壽命;

由于引起管道腐蝕因素的復(fù)雜性，要精確得到各因素對腐蝕的影響規(guī)律是很困難的，而且非常煩瑣。再加上各腐蝕因素之間并非相互獨立，它們是相互影響的，這就使得原本復(fù)雜的問題更加復(fù)雜化。本文介紹了油田輸油管線安全服役的剩余壽命預(yù)測方法和程序，研究了均勻腐蝕壽命預(yù)測方法及剩余壽命可靠性分析。

1.均勻腐蝕壽命預(yù)測方法

依據(jù)SY/T 0087.2-2012，《鋼質(zhì)管道及儲罐腐蝕評價標(biāo)準(zhǔn) 埋地鋼質(zhì)管道內(nèi)腐蝕直接評價》。

通用的輸油管線剩余安全運行年限計算方法為：

當(dāng)腐蝕引起的壁厚減薄量δ達(dá)到滿足強度要求所允許的最大腐蝕量δmax時，管道即達(dá)到服役壽命，其與現(xiàn)在的時間間隔，即為管道的剩余使用壽命。

假設(shè)管道某腐蝕區(qū)段現(xiàn)階段的腐蝕速率為xn-1，管道在下一階段直至失效前腐蝕速率為xn。由式可見，若測得該區(qū)段的腐蝕量δ，可得到該管道的剩余使用壽命Tre，即

采用有限元的方法來確定的管道允許最大腐蝕量δmax是在內(nèi)壓作用下滿足強度所允許最大腐蝕量，而腐蝕量δc可根據(jù)較高精度的腐蝕檢測（漏磁檢測、智能清管器檢測）和局部開挖腐蝕檢測得到的腐蝕深度來確定。

2. 基于現(xiàn)場檢測的壽命預(yù)測方法

對某腐蝕管段進(jìn)行兩次階段性腐蝕檢測，獲得兩次腐蝕檢測數(shù)據(jù)。設(shè)第一次腐蝕檢測的時間為T1，測得的最大腐蝕深度為δ1，第二次腐蝕檢測時間T2，對一該局部腐蝕區(qū)域進(jìn)行腐蝕檢測得到最大腐蝕深度為δ2。根據(jù)這兩次檢測得到的腐蝕引起的壁厚減薄量，考慮到長輸管線腐蝕是屬于電化學(xué)腐蝕，管線剛開始腐蝕時速度很快，但隨著時間的延伸，腐蝕速率逐漸衰減，因而假設(shè)腐蝕量是以指數(shù)的趨勢發(fā)展的，即

在δ（t）-T坐標(biāo)中繪出腐蝕發(fā)展趨勢和剩余壁厚減薄趨勢曲線?？煽闯?，當(dāng)剩余壁厚減薄曲線與該腐蝕部位的允許最小剩余壁厚線相交時，意味著隨著時間的增加，管體壁厚由于腐蝕而逐漸減薄，最終減小到該腐蝕部位滿足強度所要求的允許的最小剩余壁厚。時刻T2后，腐蝕進(jìn)一步發(fā)展，管體壁厚進(jìn)一步減薄而使剩余壁厚小于允許值而出現(xiàn)泄漏或破裂。因此，T2就是該腐蝕區(qū)段管線達(dá)到其服役壽命的時間，即得

故該局部腐蝕部位的剩余壽命為：

考慮到影響最小允許剩余壁厚的因素很多，它是一個范圍值。腐蝕管線的剩余壽命預(yù)測也不可能是一個確定值，它應(yīng)該有一個取值范圍。若不考慮剩余壁厚的離散性，這個范圍應(yīng)該由剩余壁厚趨勢線與最小剩余壁厚取值范圍的交點確定，腐蝕管段壽命的取值應(yīng)在Tz1和Tz2之間。將最小剩余壁厚的范圍值t=tmin1與t=tmin2帶入上式得剩余壽命的取值范圍為：

3.剩余壽命可靠性分析

經(jīng)過上述對腐蝕管道剩余壽命的分析以及剩余壽命預(yù)測方法的研究，如果不考慮檢測儀器精度所帶來的腐蝕深度的測量誤差，那么剩余壁厚t是一個確定值。如果考慮不確定性因素，剩余壁厚t應(yīng)服從某種概率分布，其概率密度函數(shù)用式f（t）表示。管道發(fā)生腐蝕失效的物理模型是時間T下的剩余壁厚t（T）——最小允許剩余壁厚tmin干涉模型。用Y作為t（T）、tmin的干涉隨機(jī)變量，則有Y=t（T）-tmin，稱為狀態(tài)方程。

管道在規(guī)定時間和條件下能否可靠工作，可由下述狀態(tài)方程描述：

（1）Y=t（T）-tmin>0，管道處于可靠狀態(tài)，可靠度R（T）=P（Y>0）;

（2）Y=t（T）-tmin<0，管道處于腐蝕失效狀態(tài)，失效概率F（T）=P（Y<0）;

（3）Y=t（T）-tmin=0，管道處于可靠與失效的極限狀態(tài)，此時的概率P（Y=0）=0。

這三種狀態(tài)的概率之和等于1，由于P（Y=0）=0，則有

當(dāng)時間介0時，兩個分布之間有一定的安全裕度，因而不會產(chǎn)生失效。但隨著時間的推移，由于腐蝕等因素，壁厚逐漸減薄，導(dǎo)致在T時刻剩余壁厚分布與最小允許壁厚分布發(fā)生干涉，這時將產(chǎn)生失效。

預(yù)測得到的剩余壽命區(qū)間[Tremin，Tremax]內(nèi)管道的可靠度。假設(shè)最小允許剩余壁厚tmin和剩余壁厚t均為連續(xù)型隨機(jī)變量，其概率密度函數(shù)分別為f（tmin）和f（t），在干涉區(qū)內(nèi)顯然t<tmin，這時管道處于失效狀態(tài)，失效概率與干涉面積大小有關(guān)。隨時間T的延長，干涉區(qū)面積增大，失效概率增加，可靠度降低。

時間T下的失效概率F（T）和可靠度R（T）由下述公式計算：

若不考慮不確定性因素，t為確定值，時間T下的失效概率F（T）和可靠度R（T）由下述公式計算。

由以上四個關(guān)系式，若給定腐蝕管道的可靠度或失效概率，反過來也可以預(yù)測管道的剩余壽命。這也是腐蝕管道剩余壽命預(yù)測的有效方法。上面計算得到的T時刻的可靠度R（T）也表明了管線壽命取時間T的概率。

4.結(jié)論

研究了均勻腐蝕壽命預(yù)測方法、基于現(xiàn)場檢測的壽命預(yù)測方法（基于兩次檢測數(shù)據(jù)的壽命預(yù)測和基于三次或以上檢測數(shù)據(jù)的剩余壽命預(yù)測）以及剩余壽命可靠性分析。

參考文獻(xiàn)：

[1] 腐蝕管道剩余壽命預(yù)測探討[J].甘育斌.低碳世界.2015（01）

長慶油田分公司第六采油廠