川西地区天然气管线失效分析技术研究

【摘要】：本文针对川西地区天然气管线失效的实际情况，大量调研了国内外相关文献，进行了管线失效数据现场实验，紧跟国内外在天然气管线失效规律分析及可靠性评价技术方面的最新研究成果，在天然气管道失效分析分析、预测技术方面提出了一些全新的理论与方法，并将这些研究成果应用于现场管线的生产管理，为提高天然气管线的管理水平提供了科学依据。 从分析西南石油管理局新青管线与黄金管线的失效因素入手，利用天然气管线腐蚀调查CIPS、DCVG方法，得到了川西地区天然气管线腐蚀主要影响因素，结合CIPS、DCVG检测数据，开展了黄金管线、新青管线腐蚀程度评价。并进行实验研究，分析管线IR降的形成原因与机理。根据天然气管线系统失效分析基本理论，根据川西地区天然气管线腐蚀调查数据与生产运行过程中的工况数据资料，综合分析失效原因，运用失效故障树分析方法，逐层分析引起管线失效的各阶因素，建立了适用于川西地区天然气管线失效故障树。以此故障树为基础，提出了川西地区天然气管线主要失效原因及其深层次原因分析方法，天然气管线失效概率计算的统计分析方法、直接不交化分析方法以及抽样分析方法，确定了天然气管线系统失效分析中结构重要度、概率重要度以及临界重要度的计算方法，按照失效概率的大小确定了管线安全运行中的薄弱环节，并开展了管线失效危害评估研究。并为解决现场难以精确收集到失效概率，以及如何结合工程技术人员的实际经验和判断的问题，本文将模糊数学理论成功地引入管线失效分析中，采用模糊数来描述事件发生的概率给出事件的概率值，应用这种方法，可以同时处理不确定性的随机性和模糊性。 基于腐蚀缺陷描述与统计规律分析与断裂力学理论，确定给定管线腐蚀缺陷尺寸下天然气管道的失效应力的计算方法，并利用有限元分析方法，建立天然气管线腐蚀缺陷剩余强度分析非线性分析模型，该模型综合考虑了管道几何尺寸、位置以及管道鼓胀效应的影响，可以用于对管道腐蚀缺陷剩余强度的精细评价。同时利用J积分安全评定方法确定了川西地区天然气管线的主要断裂形式为韧性断裂。根据管道缺陷尺寸随着时间的变化趋势，管道失效概率的大小，预测出管道的剩余寿命情况。 综合论文研究中取得的研究成果，编制了川西地区天然气管线失效分析技术软件。该软件具有操作方便，覆盖范围广、界面友好以及计算精度高的特点。该软件的开发对于提高天然气管线的安全运行管理水平具有指导意义。 【关键词】：天然气管线 失效 概率 腐蚀 剩余强度 剩余寿命 可靠度 有限元
【学位授予单位】：西南石油学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TE973
【目录】：

• 1 引言8-14
• 1.1 研究目的与意义8
• 1.2 国内外研究现状8-10
• 1.3 主要研究目标与内容10-11
• 1.4 研究的技术路线11
• 1.5 研究成果与创新点11-14
• 1.5.1 主要研究成果11-12
• 1.5.2 本文的创新点12-14
• 2 川西地区天然气管线检测分析与实验评价14-50
• 2.1 天然气管线腐蚀检测14-22
• 2.1.1 管道防腐检测实验方法14-15
• 2.1.2 调查管线基本情况15
• 2.1.3 管道腐蚀检测分析结果15-22
• 2.2 天然气管线环境调查22-23
• 2.3 管道腐蚀程度综合评价23-34
• 2.3.1 ANSI A21.5打分法23-24
• 2.3.2 模糊灰色综合评判24-27
• 2.3.3 正规化模糊神经网络27-34
• 2.4 管道腐蚀实验评价34-50
• 2.4.1 实验方法34-35
• 2.4.2 腐蚀评价和缓蚀剂的筛选35-50
• 3 川西地区天然气管线失效因素50-66
• 3.1 管线建设与管理环节中的失效因素50-53
• 3.1.1 设计环节50-51
• 3.1.2 制造环节51
• 3.1.3 施工环节51-52
• 3.1.4 管线的回填52-53
• 3.2 环境造成的失效因素53
• 3.3 腐蚀因素造成的失效53-58
• 3.3.1 金属腐蚀的分类54-56
• 3.3.3 管线的土壤腐蚀56-57
• 3.3.4 管线的腐蚀环境因素57-58
• 3.4 防腐系统造成的失效58-61
• 3.4.1 管线的防腐措施58-59
• 3.4.2 防腐系统引起的失效59-61
• 3.5 第三方破坏造成的失效61-62
• 3.6 管线应力腐蚀开裂62-66
• 3.6.1 硫化物应力腐蚀开裂的形成62-63
• 3.6.2 硫化物应力腐蚀发育过程63-64
• 3.6.3 影响硫化物应力腐蚀开裂的主要因素64-66
• 4 川西天然气管线失效故障树分析66-88
• 4.1 基本原理66
• 4.2 故障树分析图符号66-67
• 4.3 故障事件的定义和分类67-68
• 4.4 故障树分析图的建立68-69
• 4.5 故障树分析图的定性分析69-76
• 4.5.1 求最小割集的方法69-73
• 4.5.2 最小割集73-76
• 4.6 天然气管线失效故障树的定量分析76-83
• 4.6.1 故障树失效概率计算76-80
• 4.6.2 故障树重要度计算80-81
• 4.6.3 应用81-83
• 4.7 天然气管线失效影响分析83-88
• 4.7.1 数学模型83-84
• 4.7.2 管线失效影响评价过程84-86
• 4.7.3 算例86-88
• 5 天然气管线失效故障树模糊数分析88-105
• 5.1 普通集合和特征函数88-89
• 5.2 模糊子集和隶属函数89-94
• 5.3 模糊故障树的定量分析94-101
• 5.3.1 底事件模糊概率94-96
• 5.3.2 顶事件的模糊概率96-99
• 5.3.3 底事件模糊概率重要度99-101
• 5.4 应用101-105
• 6 天然气管线的剩余工作能力评价105-138
• 6.1 腐蚀缺陷管线的剩余强度评价105-122
• 6.1.1 腐蚀缺陷区域描述与统计分析105-108
• 6.1.2 天然气腐蚀管线剩余强度评价规范108-113
• 6.1.3 天然气管道腐蚀剩余强度非线性有限元分析113-122
• 6.2 天然气管线的剩余寿命评估122-130
• 6.2.1 含裂纹管道的剩余寿命预测122-127
• 6.2.2 可靠度函数分析方法127-130
• 6.3 川西地区天然气管道安全评价130-138
• 7 天然气管线失效评价软件开发138-144
• 7.1 需求分析138
• 7.2 开发环境及配置要求138
• 7.3 总体设计138-139
• 7.4 详细设计139-141
• 7.5 软件的使用141-144
• 8 主要结论144-146
• 8.1 主要结论144-145
• 8.2 进一步研究内容145-146
• 致谢146-147
• 参考文献147-153
• 附录：现场检测实验数据153-166

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