XAB油田M区块管线安全服役年限预测研究

崔志翔

摘要：油气管道输送的基本要求是安全高效，一旦发生事故，不仅会造成巨大的经济损失，而且对社会和环境也会产生严重的后果，其直接或间接经济损失巨大。因此，工业发达国家均高度重视油气管道的可靠性，对在役油气输送管道的可靠性进行研究。油田管线安全服役年限预测是管道安全评价的重要组成部分，直接关系到管道检测、维修和更换周期的确定。油田管线安全服役年限预测研究的意义，就在于寻求安全性与经济性的最佳结合点。

关键词：安全经济;剩余寿命;腐蚀寿命;

由于引起管道腐蚀因素的复杂性，要精确得到各因素对腐蚀的影响规律是很困难的，而且非常烦琐。再加上各腐蚀因素之间并非相互独立，它们是相互影响的，这就使得原本复杂的问题更加复杂化。本文介绍了油田输油管线安全服役的剩余寿命预测方法和程序，研究了均匀腐蚀寿命预测方法及剩余寿命可靠性分析。

1.均匀腐蚀寿命预测方法

依据SY/T 0087.2-2012，《钢质管道及储罐腐蚀评价标准 埋地钢质管道内腐蚀直接评价》。

通用的输油管线剩余安全运行年限计算方法为：

当腐蚀引起的壁厚减薄量δ达到满足强度要求所允许的最大腐蚀量δmax时，管道即达到服役寿命，其与现在的时间间隔，即为管道的剩余使用寿命。

假设管道某腐蚀区段现阶段的腐蚀速率为xn-1，管道在下一阶段直至失效前腐蚀速率为xn。由式可见，若测得该区段的腐蚀量δ，可得到该管道的剩余使用寿命Tre，即

采用有限元的方法来确定的管道允许最大腐蚀量δmax是在内压作用下满足强度所允许最大腐蚀量，而腐蚀量δc可根据较高精度的腐蚀检测（漏磁检测、智能清管器检测）和局部开挖腐蚀检测得到的腐蚀深度来确定。

2. 基于现场检测的寿命预测方法

对某腐蚀管段进行两次阶段性腐蚀检测，获得两次腐蚀检测数据。设第一次腐蚀检测的時间为T1，测得的最大腐蚀深度为δ1，第二次腐蚀检测时间T2，对一该局部腐蚀区域进行腐蚀检测得到最大腐蚀深度为δ2。根据这两次检测得到的腐蚀引起的壁厚减薄量，考虑到长输管线腐蚀是属于电化学腐蚀，管线刚开始腐蚀时速度很快，但随着时间的延伸，腐蚀速率逐渐衰减，因而假设腐蚀量是以指数的趋势发展的，即

在δ（t）-T坐标中绘出腐蚀发展趋势和剩余壁厚减薄趋势曲线。可看出，当剩余壁厚减薄曲线与该腐蚀部位的允许最小剩余壁厚线相交时，意味着随着时间的增加，管体壁厚由于腐蚀而逐渐减薄，最终减小到该腐蚀部位满足强度所要求的允许的最小剩余壁厚。时刻T2后，腐蚀进一步发展，管体壁厚进一步减薄而使剩余壁厚小于允许值而出现泄漏或破裂。因此，T2就是该腐蚀区段管线达到其服役寿命的时间，即得

故该局部腐蚀部位的剩余寿命为：

考虑到影响最小允许剩余壁厚的因素很多，它是一个范围值。腐蚀管线的剩余寿命预测也不可能是一个确定值，它应该有一个取值范围。若不考虑剩余壁厚的离散性，这个范围应该由剩余壁厚趋势线与最小剩余壁厚取值范围的交点确定，腐蚀管段寿命的取值应在Tz1和Tz2之间。将最小剩余壁厚的范围值t=tmin1与t=tmin2带入上式得剩余寿命的取值范围为：

3.剩余寿命可靠性分析

经过上述对腐蚀管道剩余寿命的分析以及剩余寿命预测方法的研究，如果不考虑检测仪器精度所带来的腐蚀深度的测量误差，那么剩余壁厚t是一个确定值。如果考虑不确定性因素，剩余壁厚t应服从某种概率分布，其概率密度函数用式f（t）表示。管道发生腐蚀失效的物理模型是时间T下的剩余壁厚t（T）——最小允许剩余壁厚tmin干涉模型。用Y作为t（T）、tmin的干涉随机变量，则有Y=t（T）-tmin，称为状态方程。

管道在规定时间和条件下能否可靠工作，可由下述状态方程描述：

（1）Y=t（T）-tmin>0，管道处于可靠状态，可靠度R（T）=P（Y>0）;

（2）Y=t（T）-tmin<0，管道处于腐蚀失效状态，失效概率F（T）=P（Y<0）;

（3）Y=t（T）-tmin=0，管道处于可靠与失效的极限状态，此时的概率P（Y=0）=0。

这三种状态的概率之和等于1，由于P（Y=0）=0，则有

当时间介0时，两个分布之间有一定的安全裕度，因而不会产生失效。但随着时间的推移，由于腐蚀等因素，壁厚逐渐减薄，导致在T时刻剩余壁厚分布与最小允许壁厚分布发生干涉，这时将产生失效。

预测得到的剩余寿命区间[Tremin，Tremax]内管道的可靠度。假设最小允许剩余壁厚tmin和剩余壁厚t均为连续型随机变量，其概率密度函数分别为f（tmin）和f（t），在干涉区内显然t<tmin，这时管道处于失效状态，失效概率与干涉面积大小有关。随时间T的延长，干涉区面积增大，失效概率增加，可靠度降低。

时间T下的失效概率F（T）和可靠度R（T）由下述公式计算：

若不考虑不确定性因素，t为确定值，时间T下的失效概率F（T）和可靠度R（T）由下述公式计算。

由以上四个关系式，若给定腐蚀管道的可靠度或失效概率，反过来也可以预测管道的剩余寿命。这也是腐蚀管道剩余寿命预测的有效方法。上面计算得到的T时刻的可靠度R（T）也表明了管线寿命取时间T的概率。

4.结论

研究了均匀腐蚀寿命预测方法、基于现场检测的寿命预测方法（基于两次检测数据的寿命预测和基于三次或以上检测数据的剩余寿命预测）以及剩余寿命可靠性分析。

参考文献：

[1] 腐蚀管道剩余寿命预测探讨[J].甘育斌.低碳世界.2015（01）

长庆油田分公司第六采油厂