XAB油田M區塊管線安全服役年限預測研究

崔志翔

摘要：油氣管道輸送的基本要求是安全高效，一旦發生事故，不僅會造成巨大的經濟損失，而且對社會和環境也會產生嚴重的后果，其直接或間接經濟損失巨大。因此，工業發達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行研究。油田管線安全服役年限預測是管道安全評價的重要組成部分，直接關系到管道檢測、維修和更換周期的確定。油田管線安全服役年限預測研究的意義，就在于尋求安全性與經濟性的最佳結合點。

關鍵詞：安全經濟;剩余壽命;腐蝕壽命;

由于引起管道腐蝕因素的復雜性，要精確得到各因素對腐蝕的影響規律是很困難的，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，這就使得原本復雜的問題更加復雜化。本文介紹了油田輸油管線安全服役的剩余壽命預測方法和程序，研究了均勻腐蝕壽命預測方法及剩余壽命可靠性分析。

1.均勻腐蝕壽命預測方法

依據SY/T 0087.2-2012，《鋼質管道及儲罐腐蝕評價標準 埋地鋼質管道內腐蝕直接評價》。

通用的輸油管線剩余安全運行年限計算方法為：

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

假設管道某腐蝕區段現階段的腐蝕速率為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是在內壓作用下滿足強度所允許最大腐蝕量，而腐蝕量δc可根據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. 基于現場檢測的壽命預測方法

對某腐蝕管段進行兩次階段性腐蝕檢測，獲得兩次腐蝕檢測數據。設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，對一該局部腐蝕區域進行腐蝕檢測得到最大腐蝕深度為δ2。根據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，因而假設腐蝕量是以指數的趨勢發展的，即

在δ（t）-T坐標中繪出腐蝕發展趨勢和剩余壁厚減薄趨勢曲線。可看出，當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，腐蝕進一步發展，管體壁厚進一步減薄而使剩余壁厚小于允許值而出現泄漏或破裂。因此，T2就是該腐蝕區段管線達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測也不可能是一個確定值，它應該有一個取值范圍。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

經過上述對腐蝕管道剩余壽命的分析以及剩余壽命預測方法的研究，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應服從某種概率分布，其概率密度函數用式f（t）表示。管道發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的干涉隨機變量，則有Y=t（T）-tmin，稱為狀態方程。

管道在規定時間和條件下能否可靠工作，可由下述狀態方程描述：

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

（2）Y=t（T）-tmin<0，管道處于腐蝕失效狀態，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，此時的概率P（Y=0）=0。

這三種狀態的概率之和等于1，由于P（Y=0）=0，則有

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

預測得到的剩余壽命區間[Tremin，Tremax]內管道的可靠度。假設最小允許剩余壁厚tmin和剩余壁厚t均為連續型隨機變量，其概率密度函數分別為f（tmin）和f（t），在干涉區內顯然t<tmin，這時管道處于失效狀態，失效概率與干涉面積大小有關。隨時間T的延長，干涉區面積增大，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，反過來也可以預測管道的剩余壽命。這也是腐蝕管道剩余壽命預測的有效方法。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.結論

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

參考文獻：

[1] 腐蝕管道剩余壽命預測探討[J].甘育斌.低碳世界.2015（01）

長慶油田分公司第六采油廠