海底管道腐蚀与剩余寿命的灰色预测

海底管道腐蚀与剩余寿命的灰色预测

部分，一旦损坏不但影响正常的油气生产，还会引起环境污染等问题，造成巨大的经济损失。随着越来越多的海底管道进入使用阶段的中后期，输送介质对管道内壁的腐蚀已成为导致管道损坏的主要原因之一。定期对海底管道进行检测，对管道腐蚀量和剩余寿命进行有效预测，是保证海底管道安全的重要手段。目前，国内外学者常采用概率统计方法来确定海底管道的腐蚀速率和剩余寿命[1-2]，由于没有足够多的数据样本，预测精度往往不能满足要求。以下根据ASME B31G标准推导出腐蚀管道的极限内压计算公式，利用灰色理论有效预测了海底管道均匀和局部腐蚀的发展趋势，并对腐蚀管道的剩余寿命进行了评估。

[3]

式，均匀腐蚀和局部腐蚀通常同时发生（图1）。设管道

壁厚为t，均匀腐蚀深度为d'，某处局部腐蚀深度为d。

1000-8241(2011)07-0486-04文章编号：

海底管道腐蚀与剩余寿命的灰色预测

党学博　

（中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083）

党学博.海底管道腐蚀与剩余寿命的灰色预测.油气储运，2011，30（7）：486 - 489，493.

腐蚀是引起海底管道破坏失效的重要原因之一，对海底管道腐蚀量进行测量和预测，是保证管摘要：

道安全的重要组成部分。根据

ASME B31G，推导了均匀腐蚀和局部腐蚀同时发生时海底管道的极限内压计算公式。将局部腐蚀简化为沿轴向分布的矩形缺陷，利用灰色模型分别预测管道内的均匀腐蚀和局部腐蚀，并根据预测结果计算出管道的极限内压和剩余寿命。鉴于局部腐蚀对管道强度的作用机理比较复杂，只分析了沿轴向分布的两个局部腐蚀对极限内压的影响，对于腐蚀宽度、环向分布以及多个腐蚀坑相互影响等更复杂的情况尚需开展深入研究。

海底管道；灰色理论；均匀腐蚀；局部腐蚀；剩余寿命；预测关键词：

TE832　　　　　文献标识码：A　　　　　DOI：CNKI:13-1093/TE.20110711.1006.003中图分类号：

埋海底管道是海洋油气资源开发工程的重要组成

目前，国外制定了多种有关腐蚀损伤管道剩余强度的规范，如美国的ASME B31G和API 579，挪威的DNV RP-F101，英国的BS7910，加拿大的CAS-Z184-M86等[4]，其中应用最早、最广泛的腐蚀管道评估规范是美国的ASME B31G标准[5]，该标准规定腐蚀海底管道极限内压由下式计算：

（1）

（2）

3）

1腐蚀管道的强度

海底管道腐蚀主要有均匀腐蚀和局部腐蚀两种形

ps为腐蚀海底管道的极限内压，D为海底MPa；式中：

d为腐蚀深度，管道的外径，mm； t为管道壁厚，mm；σf为管道材料的流变应力，σs为管道钢材的mm；MPa；mf为流变系数，L为最小屈服应力，MPa；一般取1.1；Mt为Folias系数，腐蚀缺陷的长度，mm；也称作鼓胀系数。

式（1）只考虑了局部腐蚀的情况，如果管道发生均匀腐蚀，则可以认为是腐蚀缺陷的长度L等于管道的长度。此时，式（3）中的L2/Dt将趋于无穷大，管道

图1 　海底管道腐蚀剖面图

海底管道腐蚀与剩余寿命的灰色预测

极限内压可写为：

（4）（5）

t′为均匀腐蚀管道的剩余壁厚，d′为均匀腐式中：mm；蚀深度，mm。

式（4）与普通管道的极限内压计算公式的形式一致，只是用腐蚀管道剩余壁厚代替了初始壁厚，用流动应力代替了最小屈服应力。

当管道内既有均匀腐蚀又有局部腐蚀时，局部腐

蚀可以等效为因均匀腐蚀造成管道壁厚减小后的局部腐蚀，因此管道能承受的极限内压为：

（6）

[6]

（0）

的做法包括对 X数列进行平移处理、对数变换或者（0）方根变换等。如果变化后的 X数列相邻两个值之比（1）在1附近，预测结果一般能达到较高的精度[7]。X的

背景值，即邻生成序列为：

（1）（1）（1）（1）

Zz＝（z（1），（2），…z（n）） （11）

（1）（1）（1）

k＝2，n z（k）＝λ1x（k）＋λ2x（k－1），3，…，（12）

λ1和λ2为背景值的权系数，即为式中：当 λ1=λ2=0.5时，标准的GM（1，1）模型。通过优化方法选取合适的λ1和λ2，可以提高灰色模型的预测精度。

若令：

则灰微分方程的最小二乘估计参数列 满足：

（13）

d为局部腐蚀坑最大深度，式中：mm。计算Mt时需要用均匀腐蚀管道剩余壁厚t′代替初始壁厚t 。

2灰色模型

灰色理论是利用部分已知信息，建立反映系统发展规律的微分数学模型，并通过灰色模型来预测系统发展。以监测数据为基础，利用灰色理论可以在一定程度上准确预测海底管道腐蚀的发展趋势。最常用的灰色模型是GM（1，1）模型，它使用只有1个变量的一阶微分方程描述系统的发展规律。

（0）（1）

X（k）＋a Z（k）＝b

GM（1，1）模型的白化方程为：

（14）

将式（10）代入GM（1，1）模型，根据式（7）～式（14）可以得到预测值的计算公式：时刻为零点，经过时间T后的预测值。

（15）

是以原始数据序列最后一个数据的测量

（7）

由于海底管道的检测和维修成本很高，不可能频繁进行检测，测量数据一般较少。而使用灰色理论预测管道腐蚀只要4个样本即可以建立灰色模型，比概率统计方法更有优势。但是，灰色理论一般对近期情况的预测精度较高，时间越长，精度越低。因此，应采用最新的测量数据建立灰色模型，以提高预测精度[3]。

（0）（0）（0）（0）

Xx＝（x（1），（2），…x（k）） （8）

n ≥0， k＝1，2，…， x（1）

（1）（1）（1）（1）Xxx＝（x（1），（2），…，（k）） （9）

（

0）

k＝1，n x（k）＝ ，2，…，∑x（i）

（1）

（0）i=1

k

（0）（1）（0）

式中： X为非负的初始数据； X为X的AGO序列；

a为GM（1，1）模型中的发展系数， b为灰色作用量。

（0）

假设第1个初始数据 x（1）对应的时间为T0 ，时

3 海底管道腐蚀的灰色预测

3.1 均匀腐蚀预测

如果海底管道在管内输送介质的作用下发生均匀腐蚀，管道内壁的减少量处处相等，只要对管道内任意一点进行预测，就能得到整条管道的腐蚀量和剩余壁厚的发展趋势。如果运营公司每年对海底管道进行一次检测，到目前共检测了k年，得到了一系列非负的初

间间隔为ΔT，则第k个数据对应的时间为：

（10）

（0）X中数据的光滑性对灰色模型的预测精度有较（0）

大影响。如果 X数据有较大波动，预测精度将较低，（0）此时需要对其进行预处理以提高 X的光滑性，通常

海底管道腐蚀与剩余寿命的灰色预测

剩余壁厚tmin：

要求。

（0）

始数据x1（k） ，其中k为第k年检测到的腐蚀深度或（0）剩余壁厚。利用数据X1建立灰色理论，即可以对未

缺陷2的极限内压为p2，当两个腐蚀坑之间存在相互影响时，缺陷的有效长度和平均深度分别为：

（18）（19）

来几年管道的均匀腐蚀深度和剩余壁厚进行预测。假设正常运营期间管道内压为pi，将pi代入式（4）可以计算出均匀腐蚀管道允许的最大腐蚀深度dmax和最小

将式（18）

和式（19）代入式（1），可以计算出 …… 此处隐藏：10098字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……