一种管廊管道剩余强度与剩余寿命计算方法

摘要

本发明公开了一种管廊管道剩余强度与剩余寿命计算方法，包括：收集管廊管道缺陷数据信息；判断是平面型缺陷还是体积型缺陷；针对平面型缺陷，从管廊管道缺陷数据信息中获取缺陷管道材料的工程应力-应变曲线，确定失效评估图，再计算评定点，得到管廊管道的剩余强度；针对体积型缺陷，从管廊管道缺陷数据信息中获取设计系数、焊缝系数和最小测量壁厚，通过计算得到管廊管道的剩余强度；根据管廊管道缺陷数据信息计算基本数值，根据极大值分布概率密度函数、可靠度函数、最大腐蚀深度点估计和极大似然估计，计算得到管廊管道的剩余寿命。从而有效准确地计算并预测管廊区域管道的剩余强度与剩余寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及管廊管道领域，尤其涉及管廊管道的剩余强度、寿命计算方法。

背景技术

管廊管道缺陷类型按几何形状分为平面型缺陷和体积型缺陷。对在役管廊 管道进行剩余强度及寿命的预测计算，预先获取管廊管道相关信息，能有效降 低事故发生率，保障管道安全高效运行。

目前，缺陷管道剩余强度计算国内外所用方法及遵循的标准各不相同。

国外主要剩余强度标准：ASME B31G《腐蚀管道剩余强度手册》(美国机 械工程师协会)，基于中低强度材料的弹塑性断裂力学，研究了平面型缺陷的 扩展机理、失效模式和缺陷评估方法，并提出了计算腐蚀管道的剩余强度评估 公式。API RP579-2000《在役适用性准则》(美国石油协会)，采用FAD失效 评估图进行评定。DNV RP-F101(应该燃气公司和挪威船级社)，主要有两部 分组成，Part A分项安全系数法和Part B许用应力法，分项安全系数法使用 了概率修正方程分项安全系数来确定腐蚀管道的许用操作压力；许用应力法是 根据许用应力设计(ASD)标准计算腐蚀缺陷的失效压力后再乘以管道的强度 设计系数。

国内主要剩余强度标准：SY/T 6477-2000《含缺陷油气输送管道剩余强 度评价方法第1部分：体积型缺陷》，适用于管道材料是延性的，在运行中 不会发生脆化，且管道不包含裂纹型缺陷；SY/T 0087.1-2006《钢质管道及储 罐腐蚀评价标准埋地钢质管道外腐蚀直接评价》，只适用于体积型腐蚀缺陷， 不适用于裂纹型缺陷。分为剩余最小壁厚评价、危险截面评价和残余强度评价 三部分。

管道剩余寿命评定的方法主要包括管道腐蚀信息熵寿命预测法、人工神经 网、管道概率统计预测方法等。

基于上述基础技术，设计新的有效的对在役管廊管道进行剩余强度及寿命 的预测计算方法，是本领域技术人员努力的方向。

发明内容

本发明的目的在于一种管廊管道剩余强度与剩余寿命计算方法，有效准确地计 算并预测管廊区域管道的剩余强度与剩余寿命。

实现上述目的的技术方案是：

一种管廊管道剩余强度与剩余寿命计算方法，包括：

收集管廊管道缺陷数据信息；

判断是平面型缺陷还是体积型缺陷；

针对平面型缺陷，从管廊管道缺陷数据信息中获取缺陷管道材料的工程应力- 应变曲线，确定失效评估图，再计算评定点，得到管廊管道的剩余强度；

针对体积型缺陷，从管廊管道缺陷数据信息中获取设计系数、焊缝系数和最小 测量壁厚，通过计算得到管廊管道的剩余强度；

根据管廊管道缺陷数据信息计算基本数值，根据极大值分布概率密度函数、可 靠度函数、最大腐蚀深度点估计和极大似然估计，计算得到管廊管道的剩余寿命。

在上述的管廊管道剩余强度与剩余寿命计算方法中，所述的管廊管道缺陷数据 信息，包括：基础管道信息、管道结构与性能参数、焊接及温度影响、管材应力应 变关系以及缺陷的裂纹形态。

在上述的管廊管道剩余强度与剩余寿命计算方法中，所述的平面型缺陷剩余强 度计算，包括：

根据管廊管道缺陷数据信息，判断是否可直接获得缺陷管道材料的工程应力- 应变曲线；

若是，确定失效评估图；

若否，采用同规格材料的应力-应变曲线，利用强度极限、弹性模量求得缺陷 管道材料的工程应力-应变曲线；

计算评定点，得到管廊管道的剩余强度。

在上述的管廊管道剩余强度与剩余寿命计算方法中，所述的体积型缺陷剩余强 度计算，包括：

从管廊管道缺陷数据信息中获取设计系数、焊缝系数和最小测量壁厚，计算得 到轴向作用力及弯矩；

利用轴向作用力及弯矩计算得到环向最小壁厚、其最大允许工作压力以及承受 载荷增加的管子壁厚；

利用环向最小壁厚、其最大允许工作压力以及承受载荷增加的管子壁厚计算得 到径向最小壁厚及其最大允许工作压力；

利用径向最小壁厚及其最大允许工作压力计算得到最小要求壁厚及其最大允 许工作压力；

利用最小要求壁厚和最大允许工作压力计算得到剩余壁厚比和壳体参数；

利用剩余壁厚比和壳体参数判断轴向与环向缺陷尺寸可接受性，得到管廊管道 的剩余强度。

在上述的管廊管道剩余强度与剩余寿命计算方法中，所述的管廊管道的剩余寿 命计算，包括：

根据管廊管道缺陷数据信息计算得到基本数值；

根据基本数值，利用极大值分布概率密度函数和可靠度函数，计算获取尺寸参 数与位置参数；

根据尺寸参数与位置参数，建立可靠度与压力管道腐蚀可靠寿命关系曲线，并 分析获得最大腐蚀深度的点估计；

在90％置信度下，对最大腐蚀深度再次进行极大似然估计；

根据可靠度与压力管道腐蚀可靠寿命关系，得出剩余寿命年限。

在上述的管廊管道剩余强度与剩余寿命计算方法中，所述的基本数值包括：最 大腐蚀深度、均值、标准差、腐蚀裕量、腐蚀速率和变异系数。

本发明的有益效果是：本发明将定性的安全评定方法与适用性评价方法相结 合，一方面实现了定性判断管廊管道是否处于安全区域，另一方面则实现了定量的 工程评价，不仅操作简便，无需花费过多人力物力，且可提供数据支持，获取管廊 管道的相关结构信息，对在役管廊管道进行剩余强度及寿命的预测计算，预先获取 管廊管道相关信息，降低事故发生率，保障管道安全高效运行。

附图说明

图1是本发明的管廊管道剩余强度与剩余寿命计算方法的流程图；

图2是本发明中平面型缺陷剩余强度计算的流程图；

图3是本发明中体积型缺陷剩余强度计算的流程图；

图4是本发明中管廊管道剩余寿命计算的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1，本发明的管廊管道剩余强度与剩余寿命计算方法，包括下列步骤：

步骤S1，收集管廊管道缺陷数据信息，包括：基础管道信息、管道结构与性 能参数、焊接及温度影响、管材应力应变关系以及缺陷的裂纹形态等多方面信息。

步骤S2，判断是平面型缺陷还是体积型缺陷，若是平面型缺陷，执行步骤S3； 若是体积型缺陷，执行步骤S4；

步骤S3，针对平面型缺陷，从管廊管道缺陷数据信息中获取缺陷管道材料的 工程应力-应变曲线，确定失效评估图，再计算评定点，得到管廊管道的剩余强度。 具体地，请参阅图2，包括：

步骤S31，根据管廊管道缺陷数据信息，判断是否可直接获得缺陷管道材料的 工程应力-应变曲线；若是，执行步骤S33；若否，执行步骤S32。

步骤S32，采用同规格材料的应力-应变曲线，利用强度极限、弹性模量求得 缺陷管道材料的工程应力-应变曲线。

步骤S33，确定失效评估图。

步骤S34，计算评定点，得到管廊管道的剩余强度。

步骤S4，针对体积型缺陷，从管廊管道缺陷数据信息中获取设计系数、焊缝 系数和最小测量壁厚，通过计算得到管廊管道的剩余强度。具体地，请参阅图3， 包括：

步骤S41，从管廊管道缺陷数据信息中获取设计系数、焊缝系数和最小测量壁 厚，计算得到轴向作用力及弯矩。

步骤S42，利用轴向作用力及弯矩计算得到环向最小壁厚、其最大允许工作压 力以及承受载荷增加的管子壁厚。

步骤S43，利用环向最小壁厚、其最大允许工作压力以及承受载荷增加的管子 壁厚计算得到径向最小壁厚及其最大允许工作压力。

步骤S44，利用径向最小壁厚及其最大允许工作压力计算得到最小要求壁厚及 其最大允许工作压力。

步骤S45，利用最小要求壁厚及其最大允许工作压力计算得到剩余壁厚比和壳 体参数。

步骤S46，利用剩余壁厚比和壳体参数判断轴向与环向缺陷尺寸可接受性，得 到管廊管道的剩余强度。

步骤S5，根据管廊管道缺陷数据信息计算基本数值，根据极大值分布概率密 度函数、可靠度函数、最大腐蚀深度点估计和极大似然估计，计算得到管廊管道的 剩余寿命。具体地，请参阅图4，包括：

步骤S51，根据管廊管道缺陷数据信息计算得到基本数值，包括：最大腐蚀深 度、均值、标准差、腐蚀裕量、腐蚀速率和变异系数。

步骤S52，根据基本数值，利用极大值分布概率密度函数和可靠度函数，计算 获取尺寸参数与位置参数。

步骤S53，根据尺寸参数与位置参数，建立可靠度与压力管道腐蚀可靠寿命关 系曲线，并分析获得最大腐蚀深度的点估计。

步骤S54，在90％置信度下，对最大腐蚀深度再次进行极大似然估计。

步骤S55，根据可靠度与压力管道腐蚀可靠寿命关系，得出剩余寿命年限。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术 人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此 所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。