基于贝叶斯网络模型的管道内部腐蚀评估方法



基于贝叶斯网络模型的管道内部腐蚀评估方法

随着加拿大石油和天然气行业的快速发展，管道基础设施也越来越多，这样会大大增加经营和管理的复杂度。在生产初始阶段，石油和天然气管道完整性的主要威胁是内部腐蚀。尽管腐蚀监测技术不断改进，但是内部腐蚀仍然是管道故障的一个重要原因。例如：根据阿尔伯塔能源监管机构报告（AER，2013年），1990年至2012年，超过9000例的管道泄漏原因是内部腐蚀，占所有泄漏的54.8％。美国石油和天然气公司每年花费10.52亿美元用于减轻内部腐蚀。因此，有必要改善管道内部腐蚀的评估方法。

BBN是一种基于概率推理的数学模型，允许以随机的方式给出变量之间因果关系的分析框架，对于解决复杂因素不确定性和关联性引起的工程问题有很大的优势，在结构可靠度分析等多个领域中获得广泛应用。

不列颠哥伦比亚大学基于贝叶斯网络模型（BBN）建立了石油和天然气管道内部腐蚀评估方法。该模型模拟了低碳钢，二氧化碳和硫化氢相互作用的腐蚀机理。集成了腐蚀模型和两个失效压力模型来量化失效的概率，进行敏感性分析，以评估各个参数对内部腐蚀的不同影响。

这项研究的主要目的是建立分析模型（基于系统的物理性质），形成油气管道内部腐蚀的评估方法，目前确定44种不同的因素与管道腐蚀深度和相关的失效性。不同的预测模型建模结果往往与实际现场数据不一致。使用BNN模型来预测输出参数可以有效的避免不确定的输入数据引起的误差。此外，BBN模型可用于估算腐蚀传播和失效的时间，可诊断分析内部腐蚀的原因。

模型敏感性分析表明，模拟结果得出的腐蚀缺陷的失效概率主要受操作压力、腐蚀缺陷的深度、以及腐蚀速率的影响。其中腐蚀速率与流体的pH值、含水率、二氧化碳和硫化氢的浓度以及腐蚀抑制剂的效率有关。

通过在美国哥伦比亚省某原油管道上的试验证明，贝叶斯网络模型的影响因素逻辑关系分析框架有利于提高管道腐蚀模拟精度，合理运用BBN模型可以优化腐蚀防护程序和管道维护策略。另外，该模型未来可以用于预测管道安全操作压力，为提高管道完整性管理提供技术支持。

吴超 编译自Journal of Loss Prevention in the Process Industries, March 01, 2016