含缺陷压力容器与管道泄漏失效风险分析

针对含缺陷压力设备的断裂失效分析模式,考虑缺陷尺寸、疲劳裂纹的随机扩展以及材料机械性能的随机特性,计算压力容器和管道泄漏失效概率、临界裂纹尺寸预测失效点的泄漏口面积,分析泄漏及其引起的火灾爆炸事故的特点,运用事故模型定量计算事故后果严重度,并综合考虑设备的失效概率和失效后果,构建了一个完整的含缺陷受压设备风险评价方法,并结合工程案例进行了阐述.     

成品油管道周边区域个人风险分析

为了对成品油管道周边区域个人风险水平进行量化计算,建立了成品油管道个人风险计算模型,并给出了计算流程。成品油管道个人风险计算模型设定了各类危害因素的管道基准失效频率,采用对基准失效频率修正的方法计算管道失效频率;根据管道泄漏孔尺寸,将管道泄漏类型分为微孔泄漏、中孔泄漏、管道破裂泄漏3类;对管道失效危害后果进行计算,主要包括泄漏速率、引燃概率、火灾热辐射、热辐射伤害。在管道失效频率和失效危害后果计算的基础上,计算得出管道周边区域个人风险,并明确其是否处于可接受水平。该模型计算个人风险需要依赖于管道失效数据库的事故统计,建议加强中国油气管道失效数据库建设。(图3,表5,参20)     

裂纹管道失效评定中的有限元方法

J积分的精确计算是含缺陷结构安全评定的基础。对管道上的表面裂纹采用线弹簧单元，建立了黎明纹管道J积分计算的有限元模型，给出了J积分的计算实例，其于J积分理论，利用这种有限元模型得到了裂纹管道的精确换效评定曲线，根据计算结果，讨论了影响失效评定曲线的各种因素。分析表明，裂纹尺寸和管材材料性能参数等都对失效评定曲线产生影响，用单一的失效评定曲线进行评定会出现精度较差的问题，因此，采用提出的有限单元方法对裂纹管道的失效进行精确评定具有重要意义。     

在役压力管道断裂失效风险分析软件的开发

针对石油工业管道和油气输送管道上可能存在的各种缺陷类型，充分考虑缺陷尺寸、工况载荷、断裂韧性和机械强度等参数的不确定性，基于BSI PD 6493-95、R／H／R6-98和SAPV-99等权威评定规范，提出了含缺陷在役压力管道的断裂失效风险分析方法，应用面向对象的编程语言Microsoft Visual C 6．0企业版开发了通用含缺陷压力管系断裂失效风险分析软件(SAPP-2002)，运用该软件可以很容易计算出管道系统中每个独立缺陷的安全概率和整个管道系统的失效概率。根据风险分析结果，可以确定管道在短期内需要采取缓和措施的区域，并可进行预防性维修。另外，在制定管道的检修计划时，还可以利用该软件的结构应力分析模块方便地确定管道应力高度集中部位，以便有针对性地选择焊缝并进行射线探伤，从而获得更准确的管道安全状况分析结果。     

腐蚀管道的失效概率和剩余寿命预测方法

以腐蚀管道失效压力和腐蚀速率分析为基础,建立了腐蚀管道可靠性极限状态函数和管道剩余寿命预测模型.采用改进的一次二阶矩法对腐蚀管道的可靠性指标和失效概率进行了分析和计算.结合工程实例,求解了某含腐蚀缺陷天然气管道不同服役年限的可靠性指标和失效概率,预测了该腐蚀管道的剩余寿命,计算和分析了工作压力、腐蚀速率、腐蚀深度和长度等参数对腐蚀管道可靠性的影响.     

气液两相流管道内腐蚀失效概率计算方法

气液两相流管道广泛存在于油气开采和集输过程中,确保其安全可靠运行具有重要的理论和工程意义。在所有失效类型中,内腐蚀缺陷是造成气液两相流管道结构失效的主要原因之一。将管道内腐蚀速率预测模型与结构可靠性评价方法相结合,对气液两相流管道进行内腐蚀失效概率计算:针对气液两相流的流动特征,采用流体相平衡模型、气液两相流模型及腐蚀速率预测模型,计算气液两相流管道在不同流型下的内腐蚀速率;基于ASME B31G-1991《腐蚀管道剩余强度评价方法》中推荐的腐蚀缺陷极限状态方程,考虑管道运行和制造中存在的不确定性,并结合腐蚀速率计算结果,采用蒙特卡洛方法计算管道发生小孔泄漏和爆裂的失效概率。将提出的内腐蚀失效概率计算方法应用于某气液两相流管道,结果表明当缺乏有效的内检测数据或实际管输工艺发生变化时,该方法能够有效预测失效概率,保障油气管道输送安全。     

管道焊缝缺陷的定量安全评定与容限尺寸

目前,焊缝缺陷已经成为影响老管道运行的重大安全隐患。某一老龄管道环焊缝、螺旋焊缝存在错边及明显的表面缺陷,对其母材和焊缝分别进行拉伸和断裂韧性试验,基于试验数据,结合管道的基本参数和运行情况,采用失效评定图(FAD)技术对环焊缝、螺旋焊缝缺陷进行了一级和二级评定,定量分析管道缺陷处的安全裕度,通过迭代计算得到了焊缝处的容许表面裂纹尺寸,并对环焊缝、螺旋焊缝裂纹容限尺寸进行了定量研究。研究结果表明:一级评定会低估管道的承载能力,计算得到的裂纹容限尺寸小于二级;管道在4 MPa运行压力下,螺旋焊缝缺陷处安全裕度很小,危险性高于环焊缝缺陷,焊缝处的裂纹容限尺寸小于环焊缝;相比于裂纹长度,裂纹深度对评估结果的影响更大。通过研究,为管道缺陷验收提供了依据,为焊缝评价的科学化、合理化提供了参考。     

天然气长输管道泄漏爆炸后果评价

由于腐蚀、自然破坏、人为破坏及本身缺陷等因素,输气管道易发生泄漏事故,其中蒸气云爆炸造成的失效后果最严重。为了评估天然气长输管道泄漏爆炸造成的物料损失、人员伤亡及财产损失,结合工程实例,对3种定量失效后果评价方法进行对比分析,确定了它们的应用条件和适用范围。分析认为:API 581失效后果评价方法评估步骤清晰简明,考虑因素全,应用范围广,评估结果优于ASME B31.8S-2001失效后果评价方法和爆炸超压-冲量法。该结论可为管道风险评价和完整性管理提供参考依据。     

基于输送压力的腐蚀管道失效概率的预测

以腐蚀管道失效压力分析为基础,建立了腐蚀管道可靠性极限状态函数模型。以规则化的随机变量形式表示,采用改进的一次二阶矩法对腐蚀管道的失效概率进行了分析和计算。对一条输油管道进行了检测,并对其腐蚀缺陷数据、运行参数和管材性能参数进行了统计分析,运用提出的概率数学模型计算了管道全线的失效概率。与推荐的目标失效概率进行了比较,指出了对管道重点维修和监测的区段。     

考虑强度匹配的高钢级管道环焊缝断裂评估方法

管道环焊缝的实际低强匹配是引发焊缝断裂失效的重要原因,在焊缝的适用性评估中,失效评估图方法无法准确考虑焊缝强度匹配的影响,准确纳入强度匹配成为拓宽失效评估图方法应用于高钢级管道环焊缝裂纹缺陷评估的关键。基于非线性有限元法,建立了高钢级管道环焊缝裂纹驱动力的数值仿真模型,采用等效应力应变关系方法构建了环焊缝裂纹的通用失效评估曲线,采用裂纹驱动力的有限元计算结果,结合BS 7910-2019《金属结构中缺陷可接受性评估方法指南》推荐方法,构建了系列不同载荷水平下的有限元评估点,探明了BS 7910-2019对于环焊缝裂纹缺陷的评估精度,查明了影响评估结果精度的关键原因。在此基础上,考虑裂纹深度、裂纹长度、焊缝强度匹配系数,提出了优化的管道环焊缝极限载荷计算模型以及改进的失效评估图方法,准确将焊缝强度匹配纳入到失效评估图方法中,进一步提高了高钢级管道环焊缝裂纹缺陷的评估精度,可为在役高钢级管道环焊缝裂纹的适用性评估提供参考。(图11,参24)     

关联维分析方法在管道泄漏定位中的应用

基于瞬态压力波的泄漏检测和定位方法在工程实际中已经得到了广泛应用,在原有的基于混沌关联维分析的管道泄漏检测方法的基础上,进一步将混沌关联维分析的思想应用到基于负压波的管道泄漏定位中,使用某管道的实际历史数据进行了离线试验,试验结果表明了该方法的有效性。     

油气管道危害辨识故障树分析方法研究

建立了油气管道失效故障树,研究了故障树定性和定量分析的方法。介绍了油气管道危害辨识涉及的相关概念和管道危害识别流程,简要说明了管道危害辨识所要收集的资料和管道分段原则。根据故障树分析原理,以“管道失效”为顶事件,“穿孔”和“破裂”为次顶事件建立了油气管道失效故障树,通过对故障树的定性分析,发现引起管道失效的主要原因有第三方破坏、腐蚀、管材缺陷、自然灾害等。在油气管道失效故障树定性分析的基础上,对油气管道失效故障树进行了定量分析。提出了用改进的专家判断法来确定管段失效基本事件概率,并将模糊概率概念引入其中。利用层次分析法来确定专家意见权重,并用此权重来修正专家意见。在确定管道失效概率时,考虑到最小割集中基本事件独立性和相关性,分别建立了油气管道失效的事件独立性概率模型与事件相关性概率模型,并建立了基本事件概率重要度系数的数学模型。     

基于风险的油气管道维修及抢险流程

根据降低管道风险要从降低管道失效概率和失效后果两方面入手的原则,制定了油气管道维修和抢险流程.分析了该流程中险情原因、险情类型和险情程度、维修或抢险措施、 后期工作等主要步骤.介绍了包括外部腐蚀、内部腐蚀等在内的八类险情原因、两类险情类型--隐患和事故.指出了油气管道维修和抢险的基本概念以及在应急准备中应当注意的事项.     

基于漏磁内检测的管道补口失效识别与判定方法

管道补口一旦发生失效,腐蚀介质自破损处渗入,将会严重影响管道完整性。基于漏磁内检测原理和管道补口失效形式,提出了补口防腐失效的识别与判定流程:通过分析管道补口结构特点、失效形式、可能产生腐蚀缺陷的位置与形貌特征,明确管道补口失效导致外腐蚀特征及其与漏磁内检测信号特征之间的对应关系,从而识别可能已经失效的管道补口。通过对多条管道的开挖验证,得出采用漏磁内检测技术识别与判定补口失效准确率,并验证了该方法的准确性,为基于漏磁内检测的补口失效识别与判定技术的工业化应用奠定了基础。(图7,表1,参20)     

纳西泵串联效应的探讨

本文对纳西泵串联效应进行了初步的理论研究和实际生产试验,解决了生产中要求提高减压设备的真空度和增大压缩气体压强的问题。设计出了提高真空度和增大气体压强的生产流程,并在理论上进行了推导和计算。结果表明:纳西泵串联后提高了减压设备的真空度,在生产上能大大减轻热敏性物料的分解变质和碳化作用,省去了某些压缩气体液化时所需要的冷冻设备。     

带环向表面裂纹海洋管道的断裂计算与可靠性评估

针对带环向表面裂纹海洋石油管道断裂可靠性问题,利用权函数方法,给出了计算裂纹前沿应力强度因子的积分表达式,进而导出了能满足工程精度要求的应力强度因子的实用计算公式。采用极限分析方法建立了带裂纹海洋石油管道断裂可靠性评估模型,给出了断裂失效概率和可靠度的计算公式。典型算例数值计算结果表明:应力强度因子随裂纹深度和长度的增大而增大,这与《应力强度因子手册》(科学出版社)的结果一致;当弯矩不变,裂纹深度和长度、管道壁厚和半径,及轴力为随机变量时,带裂纹海洋管道的可靠度随轴力均值的增大而减小。