CN103984845B - 一种输气管道完整性评价周期的计算方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管道评价技术领域，公开了一种输气管道完整性评价周期的计算方法及系统。本发明通过建立输气管道腐蚀减薄极限状态函数、管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数，计算提高强度设计系数后的可靠性指数，进而计算得到可靠性指数降低比率，最后对已知的强度设计系数的输气管道完整性评价周期进行修正调整，从而得到更高强度设计系数的输气管道完整性评价周期，为管道的完整性管理及维护提供建议，满足了对输气管道完整性评价的需求。

Description

一种输气管道完整性评价周期的计算方法及系统

技术领域

本发明涉及管道评价技术领域，主要适用于输气管道完整性评价周期的计算方法及系统。

背景技术

在不影响管道安全可靠性的前提下，如何最大限度地降低管道建设成本和提高管道输送效率，一直是管道建设投资者和管道运营企业长期关注的问题。目前国际上主要采取两种方法来降低成本和提高管输效率，一种方法是采用高钢级大口径高压输气管道，另一种方法是提高管道的强度设计系数。北美地区早在上世纪五、六十年代就开始开展了提高强度设计系数的研究和应用工作，例如加拿大的CSA Z662和美国的ASME B31.8都规定，一级地区的天然气管道可以采用0.8的强度设计系数，其次是ISO13623规定的0.78和英国IGE/TD/1规定的等效设计系数0.73，而我国自1994年首次GB50251《输气管道工程设计规范》颁布实施以来，一直沿用了一级地区0.72的强度设计系数。

在输送压力和管径不变的情况下，提高强度设计系数就会降低管道的壁厚和增大管道的应力，这将使得管道的临界缺陷极限尺寸、刺穿抗力、应力腐蚀开裂敏感性、可靠性水平与风险水平发生一定的变化，从而影响到管道的安全使用，因此，管道的完整性管理将更为苛刻，而现有的管道完整性评价周期也将不能满足管道正常安全运行与维护的需要。目前，未见到国内外有关于更高强度设计系数的管道完整性评价周期计算方法的相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种输气管道完整性评价周期的计算方法及系统，它能够快速得到更高强度设计系数的输气管道完整性评价周期，满足了对输气管道完整性评价的需求。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种输气管道完整性评价周期的计算方法，包括：

建立管道腐蚀减薄极限状态函数其中，σ_f为材料的流变应力，Δt为管道的壁厚损失，t₀为管道的原始壁厚，d为管道直径，P为管道运行压力；

基于概率论基础规律，由所述管道腐蚀减薄极限状态函数得到管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数其中，μ_Z为管道腐蚀减薄极限状态函数的均值，为材料流变应力的均值，μ_Δt为管道壁厚损失的均值，μ_P为管道运行压力的均值；

基于机械可靠性设计理论中的一次二阶距法，由所述管道腐蚀减薄极限状态函数得到管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数其中，σ_Z为管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差，为材料流变应力的标准偏差，σ_Δt为管道壁厚损失的标准偏差，σ_P为管道运行压力的标准偏差，为流变应力σ_f的偏导数，为管道壁厚损失Δt的偏导数，为管道运行压力P的偏导数；

根据所述管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和所述管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数分别计算基准强度设计系数下的管道腐蚀减薄极限状态函数的均值μ_Z1、管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差σ_Z1和待求强度设计系数下的管道腐蚀减薄极限状态函数的均值μ_Z2、管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差σ_Z2；其中，所述基准强度设计系数为已知的输气管道完整性评价周期的强度设计系数；

根据可靠性指数公式分别计算基准强度设计系数下的可靠性指数β₁和待求强度设计系数下的可靠性指数β₂；

根据公式计算可靠性指数下降比率w；

根据公式r≈r₀×(1-w)计算待求强度设计系数下的管道完整性评价周期r，其中，r₀为基准强度设计系数的管道完整性评价周期。

进一步，所述材料的流变应力σ_f的计算方法为：从待评估的管道中，采集管道样本进行力学试验，测出屈服强度σ_s；通过公式σ_f=σ_s+68.95计算出σ_f；

所述由对σ_f取平均值计算得到；

或，所述根据公式计算得到，其中，SMYS为材料的最小屈服强度；

所述由σ_f统计得到，具体方法为：由力学试验测得不同的屈服强度σ_s，求出所有对应的σ_f；对所有求出的σ_f进行统计分析求出

或，取当前制管行业平均偏差情况给出的推荐值0.2σ_f。

进一步，所述管道壁厚损失Δt由管道无损检测得出，具体的计算公式为Δt=t₀-t，其中，t为无损检测测得的管道剩余壁厚；

所述μ_Δt由对所述Δt取平均值计算得到；

或，通过公式μ_Δt=CR(T-T₀)计算出μ_Δt，其中，CR为石油行业碳钢的平均腐蚀速率，即0.076mm/a，T为管道评估的初始时间，T₀为管道评估的截止时间；

所述σ_Δt由所述Δt统计得到；

或，σ_Δt采用推荐值0.1Δt。

进一步，所述管道运行压力P由输气管道的压力测量得到；

所述μ_P由对P求平均值得到；

或，μ_P采用推荐值P₀，P₀为设计压力；

所述σ_P由所述P统计得到；

或，σ_P采用推荐值0.05P。

进一步，所述根据管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数分别计算基准强度设计系数下的管道腐蚀减薄极限状态函数的均值μ_Z1、管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差σ_Z1和待求强度设计系数下的管道腐蚀减薄极限状态函数的均值μ_Z2、管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差σ_Z2，包括：将基准强度设计系数下的各参数分别代入所述管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数计算得到μ_Z1和σ_Z1；

将待求强度设计系数下的各参数分别代入所述管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数计算得到μ_Z2和σ_Z2。

本发明还提供了一种输气管道完整性评价周期的计算系统，包括：

第一函数建立模块，用于建立管道腐蚀减薄极限状态函数其中，σ_f为材料的流变应力，Δt为管道的壁厚损失，t₀为管道的原始壁厚，d为管道直径，P为管道运行压力；

第二函数建立模块，用于基于概率论基础规律，由所述管道腐蚀减薄极限状态函数得到管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数其中，μZ为管道腐蚀减薄极限状态函数的均值，为材料流变应力的均值，μ_Δt为管道壁厚损失的均值，μ_P为管道运行压力的均值；

第三函数建立模块，用于基于机械可靠性设计理论中的一次二阶距法，由所述管道腐蚀减薄极限状态函数得到管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数其中，σ_Z为管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差，为材料流变应力的标准偏差，σ_Δt为管道壁厚损失的标准偏差，σ_P为管道运行压力的标准偏差，为流变应力σ_f的偏导数，为管道壁厚损失Δt的偏导数，为管道运行压力P的偏导数；

第一运算模块，用于根据所述管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和所述管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数分别计算基准强度设计系数下的管道腐蚀减薄极限状态函数的均值μ_Z1、管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差σ_Z1和待求强度设计系数下的管道腐蚀减薄极限状态函数的均值μ_Z2、管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差σ_Z2；其中，所述基准强度设计系数为已知的输气管道完整性评价周期的强度设计系数；

第二运算模块，用于根据可靠性指数公式分别计算基准强度设计系数下的可靠性指数β₁和待求强度设计系数下的可靠性指数β₂；

第三运算模块，用于根据公式计算可靠性指数下降比率w；

第四运算模块，用于根据公式r≈r₀×(1-w)计算待求强度设计系数下的管道完整性评价周期r，其中，r₀为基准强度设计系数的管道完整性评价周期。

进一步，还包括：

数据采集模块，用于从待评估的管道中，采集管道样本；

力学试验执行模块，用于基于所述数据采集模块采集到的样本进行力学试验，测出屈服强度σ_s；

第五运算模块，用于通过公式σ_f=σ_s+68.95计算出σ_f；

第一均值运算模块，用于对σ_f取平均值求取

或，所述第一均值运算模块，用于根据公式计算得到其中，SMYS为材料的最小屈服强度；

第一标准偏差运算模块，用于统计σ_f求取

或，所述第一标准偏差运算模块，用于按照当前制管行业平均偏差情况给出的推荐值0.2σ_f求取

进一步，还包括：

第六运算模块，用于通过公式Δt=t₀-t计算出Δt，其中，t为无损检测测得的管道剩余壁厚；

第二均值运算模块，用于对所述Δt取平均值求取μ_Δt；

或，所述第二均值运算模块，用于通过公式μ_Δt=CR(T-T₀)计算出μ_Δt，其中，CR为石油行业碳钢的平均腐蚀速率，即0.076mm/a，T为管道评估的初始时间，T₀为管道评估的截止时间；

第二标准偏差运算模块，用于统计Δt求取σ_Δt；

或，所述第二标准偏差运算模块，用于采用推荐值0.1Δt求取σ_Δt。

进一步，还包括：

测量模块，用于测量输气管道的压力得到P；

第三均值运算模块，用于对P求平均值得到μ_P；

或，所述第三均值运算模块，用于采用推荐值P₀求取μ_P，P₀为设计压力；

第三标准偏差运算模块，用于统计P求取σ_P；

或，所述第三标准偏差运算模块，用于采用推荐值0.05P求取σ_P。

进一步，所述第一运算模块，包括：

第一运算执行单元，用于将基准强度设计系数下的各参数分别代入所述管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数计算得到μ_Z1和σ_Z1；

第二运算执行单元，用于将待求强度设计系数下的各参数分别代入所述管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数计算得到μ_Z2和σ_Z2。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的输气管道完整性评价周期的计算方法及系统，通过建立输气管道腐蚀减薄极限状态函数、管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数，计算提高强度设计系数后的可靠性指数，进而计算得到可靠性指数降低比率，最后对已知的强度设计系数的输气管道完整性评价周期进行修正调整，从而得到更高强度设计系数的输气管道完整性评价周期，为管道的完整性管理及维护提供建议，满足了对输气管道完整性评价的需求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的输气管道完整性评价周期的计算方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的输气管道完整性评价周期的计算系统的结构框图。

具体实施方式

为进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的输气管道完整性评价周期的计算方法及系统的具体实施方式及工作原理进行详细说明。

参见图1，本发明实施例提供的输气管道完整性评价周期的计算方法，包括：

步骤S110：由于管道安全的最大威胁是腐蚀问题，管道腐蚀减薄往往与管道几何尺寸、腐蚀速率、管道使用时间、材料强度及管道运行压力等因素有关，故需要首先建立管道腐蚀减薄极限状态函数其中，σ_f为材料的流变应力；Δt为管道的壁厚损失；t₀为管道的原始壁厚，单位为mm；d为管道直径，单位为mm；P为管道运行压力，单位为MPa；

步骤S120：基于概率论基础规律，由管道腐蚀减薄极限状态函数得到管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数其中，μ_Z为管道腐蚀减薄极限状态函数的均值，为材料流变应力的均值，μ_Δt为管道壁厚损失的均值，μ_P为管道运行压力的均值；

对本步骤进行具体的说明：由于制管工艺对管径d和原始壁厚t₀进行了严格控制，它们分布集中、相对偏差小，因此可作为常数。由于σ_f、Δt和P对管道完整性评价的影响较为明显，因此，在后续的可靠性指数计算中，可将σ_f、Δt和P作为变量，且它们是三个独立的事件。由于它们都是相互独立、不相关的，故可以基于概率论基础规律由管道腐蚀减薄极限状态函数得到管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数，即

${\mathrm{\μ}}_Z=\mathrm{\μ}({\mathrm{\σ}}_f(1-\frac{\mathrm{\Δt}}{t_0})-\frac{\mathrm{Pd}}{2t_0})={\mathrm{\μ}}_{{\mathrm{\σ}}_f}-\frac{{\mathrm{\μ}}_{{\mathrm{\σ}}_f}{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{\Δt}}}{t_0}-\frac{{\mathrm{\μ}}_{P}d}{2t_0}={\mathrm{\μ}}_{{\mathrm{\σ}}_f}(1-\frac{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{\Δt}}}{t_0})-\left(\frac{{\mathrm{\μ}}_{P}d}{2t_0}\right).$

步骤S130：基于机械可靠性设计理论中的一次二阶距法，由管道腐蚀减薄极限状态函数得到管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数其中，σ_Z为管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差；为材料流变应力的标准偏差；σ_Δt为管道壁厚损失的标准偏差；σ_P为管道运行压力的标准偏差；为流变应力的偏导数，即为为管道壁厚损失Δt的偏导数，即为为管道运行压力P的偏导数，即为

对本步骤进行具体的说明，根据机械可靠性设计理论中的一次二阶距法，将极限状态方程在均值点x_i=u处用泰勒级数展开，忽略二次以上的项，可得到函数G的标准差，表示为：

${\mathrm{\σ}}_G\≈{\left[\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{\∂G}{\∂x_i}\right|x_i=x_u)}^2{\mathrm{\σ}}_i^2\right]}^{1/2}$

由此，管道腐蚀减薄极限状态函数在σ_f和Δt分别在均值点附近，可以约等为：

${\mathrm{\σ}}_Z\≈\sqrt{{\left({\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{\σ}}_f}\frac{\∂Z}{\∂{\mathrm{\σ}}_f}\right)}^2+{\left({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\Δt}}\frac{\∂Z}{\∂\mathrm{\Δt}}\right)}^2+{\left({\mathrm{\σ}}_P\frac{\∂Z}{\∂P}\right)}^2}.$

步骤S140：根据管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数分别计算基准强度设计系数下的管道腐蚀减薄极限状态函数的均值μ_Z1、管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差σ_Z1和待求强度设计系数下的管道腐蚀减薄极限状态函数的均值μ_Z2、管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差σ_Z2；

对步骤S140进行具体的说明，将基准强度设计系数下的各参数分别代入管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数计算得到μ_Z1和σ_Z1；

将待求强度设计系数下的各参数分别代入管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数计算得到μ_Z2和σ_Z2。其中，基准强度设计系数为已知的输气管道完整性评价周期的强度设计系数；在本实施例中，基准强度设计系数为美国ASME B31.8S中的0.72。

步骤S150：根据可靠性指数公式分别计算基准强度设计系数下的可靠性指数β₁和待求强度设计系数下的可靠性指数β₂；

步骤S160：根据公式计算可靠性指数下降比率w；

步骤S170：根据公式r≈r₀×(1-w)计算待求强度设计系数下的管道完整性评价周期r，其中，r₀为基准强度设计系数的管道完整性评价周期。

对本发明实施例进行更具体的说明，材料的流变应力σ_f的计算方法为：从待评估的管道中，采集管道样本进行力学试验，测出屈服强度σ_s；通过公式σ_f=σ_s+68.95计算出σ_f；

由对σ_f取平均值计算得到；

或，根据公式计算得到，其中，SMYS为材料最小屈服强度，如X80为555MPa；

由σ_f统计得到，具体方法为：由力学试验测得不同的屈服强度σ_s，求出所有对应的σ_f；对所有求出的σ_f进行统计分析求出

或，取当前制管行业平均偏差情况给出的推荐值0.2σ_f。

Δt的计算方法为：Δt由管道无损检测得出，具体的计算公式为Δt=t₀-t，其中，t为无损检测测得的管道剩余壁厚；

μ_Δt由对Δt取平均值计算得到；

或，通过公式μ_Δt=CR(T-T₀)计算出μ_Δt，其中，CR为石油行业碳钢的平均腐蚀速率，即0.076mm/a，T为管道评估的初始时间，单位为年；T₀为管道评估的截止时间,单位为年；

σ_Δt由Δt统计得到；

或，σ_Δt采用推荐值0.1Δt。

P由输气管道的现场实时压力测量记录得到；

μ_P由对P求平均值得到；

或，μ_P采用推荐值P₀，P₀为设计压力；

σ_P由统计P求取；

或，σ_P采用推荐值0.05P。

对于管道直径d和原始壁厚t₀，由管道的生产厂家提供，或者采用设定直径、设定壁厚，在这里作为常数输入。

参见图2，本发明实施例提供的输气管道完整性评价周期的计算系统，包括：

第一函数建立模块100，用于建立管道腐蚀减薄极限状态函数其中，σ_f为材料的流变应力；Δt为管道的壁厚损失；t₀为管道的原始壁厚，单位为mm；d为管道直径，单位为mm；P为管道运行压力，单位为MPa；

第二函数建立模块200，用于基于概率论基础规律，由管道腐蚀减薄极限状态函数得到管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数其中，μ_Z为管道腐蚀减薄极限状态函数的均值，为材料流变应力的均值，μ_Δt为管道壁厚损失的均值，μ_P为管道运行压力的均值；

第三函数建立模块300，用于基于机械可靠性设计理论中的一次二阶距法，由管道腐蚀减薄极限状态函数得到管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数其中，σ_Z为管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差；为材料流变应力的标准偏差；σ_Δt为管道壁厚损失的标准偏差；σ_P为管道运行压力的标准偏差；为流变应力σ_f的偏导数，即为为管道壁厚损失Δt的偏导数，即为为管道运行压力P的偏导数，即为

第一运算模块400，用于根据管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数分别计算基准强度设计系数下的管道腐蚀减薄极限状态函数的均值μ_Z1、管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差σ_Z1和待求强度设计系数下的管道腐蚀减薄极限状态函数的均值μ_Z2、管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差σ_Z2；

在本实施例中，第一运算模块400，包括：

第一运算执行单元，用于将基准强度设计系数下的各参数分别代入管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数计算得到μ_Z1和σ_Z1；

第二运算执行单元，用于将待求强度设计系数下的各参数分别代入管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数计算得到μ_Z2和σ_Z2。其中，基准强度设计系数为已知的输气管道完整性评价周期的强度设计系数；在本实施例中，基准强度设计系数为美国ASME B31.8S中的0.72。

第二运算模块500，用于根据可靠性指数公式分别计算基准强度设计系数下的可靠性指数β₁和待求强度设计系数下的可靠性指数β₂；

第三运算模块600，用于根据公式计算可靠性指数下降比率w；

第四运算模块700，用于根据公式r≈r₀×(1-w)计算待求强度设计系数下的管道完整性评价周期r，其中，r₀为基准强度设计系数的管道完整性评价周期。

为了对本发明实施例进行更具体的说明，本发明实施例还包括：

数据采集模块，用于从待评估的管道中，采集管道样本；

力学试验执行模块，用于基于数据采集模块采集到的样本进行力学试验，测出屈服强度σ_s；

第五运算模块，用于通过公式σ_f=σ_s+68.95计算出σ_f；

第一均值运算模块，用于对σ_f取平均值求取

或，第一均值运算模块，用于根据公式计算得到其中，SMYS为材料的最小屈服强度，如X80为555MPa；

第一标准偏差运算模块，用于统计σ_f求取

或，第一标准偏差运算模块，用于按照当前制管行业平均偏差情况给出的推荐值0.2σ_f求取

第六运算模块，用于通过公式Δt=t₀-t计算出Δt，其中，t为无损检测测得的管道剩余壁厚；

第二均值运算模块，用于对Δt取平均值求取μ_Δt；

或，第二均值运算模块，用于通过公式μ_Δt=CR(T-T₀)计算出μ_Δt，其中，CR为石油行业碳钢的平均腐蚀速率，即0.076mm/a；T为管道评估的初始时间，单位为年；T₀为管道评估的截止时间,单位为年；

第二标准偏差运算模块，用于统计Δt求取σ_Δt；

或，第二标准偏差运算模块，用于采用推荐值0.1Δt求取σ_Δt。

测量模块，用于测量输气管道的压力得到P；

第三均值运算模块，用于对P求平均值得到μ_P；

或，第三均值运算模块，用于采用推荐值P₀求取μ_P，P₀为设计压力。

第三标准偏差运算模块，用于统计P求取σ_P；

或，第三标准偏差运算模块，用于采用推荐值0.05P求取σ_P。

实施例

西气东输三线一级地区某较高强度设计系数试验段，强度设计系数为0.8，管道规格为Ф1219×16.5mm，螺旋缝焊管，钢级为X80，最小屈服强度SMYS为555MPa，管道运行压力为12MPa，相对西气东输二线一级地区干线Ф1219×18.4mm，仅降低了管道壁厚，而钢级和管道运行压力均未改变。针对该管道，本发明实施例提供的完整性评价周期计算方法为：

步骤一：建立极限状态函数。

$Z={\mathrm{\σ}}_f(1-\frac{\mathrm{\Δt}}{t_0})-\left(\frac{\mathrm{Pd}}{2t_0}\right)$

步骤二：分别计算0.72和0.8强度设计系数下的管道腐蚀减薄极限状态函数的均值μ_Z1和μ_Z2、0.72和0.8强度设计系数下的管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差σ_Z1和σ_Z2。其中，计算流变应力均值时，屈服强度σ_S按照最小屈服强度SMYS计算，即 ${\mathrm{\μ}}_{{\mathrm{\σ}}_f}=\mathrm{SMYS}+68.95=555+68.95=623.95\mathrm{MPa};$ 管道壁厚损失的均值μ_Δt，按照5年均匀腐蚀速率（0.076mm/a）的管道的壁厚损失Δt计算，即μ_Δt=CR(T-T₀)=0.076×5=0.38mm；各参数取值见表1所示。

表10.72与0.8设计系数下腐蚀减薄管道可靠性指标参数取值（5年后，腐蚀速率0.076mm/a）

将表1中的参数分别代入函数关系式进行计算（σ_Δt和σ_P按照推荐值计算），得到μ_Z1、μ_Z2、σ_Z1和σ_Z2，结果见表2。

表20.72与0.8设计系数下极限状态函数分布均值和标准偏差

μZ1	μZ2	σZ1	σZ2
				213.56	166.31	123.83	123.92

步骤三：计算0.72和0.8设计系数下的可靠性指数β₁和β₂。

${\mathrm{\β}}_1=\frac{{\mathrm{\μ}}_{Z1}}{{\mathrm{\σ}}_{Z1}}=\frac{213.56}{123.83}=1.72$

${\mathrm{\β}}_2=\frac{{\mathrm{\μ}}_{Z2}}{{\mathrm{\σ}}_{Z2}}=\frac{166.31}{123.92}=1.34$

步骤四：计算可靠性指数下降比率w。

$w=\frac{{\mathrm{\β}}_1-{\mathrm{\β}}_2}{{\mathrm{\β}}_1}=\frac{1.72-1.34}{1.72}\×100\%=22.1\%$

步骤五：0.8设计系数下的完整性评价周期r。

r≈r₀×(1-w)＝5×(1-22.1%)＝3.895≈4

最后，结合美国标准ASME B31.8S给出的0.72设计系数下的内检测评价法、试压评价法和直接评价法3种管道完整性评价周期r₀（如表3所示）对r进行圆整，得到一级地区0.8设计系数输气管道完整性评价周期，见表4所示

表30.72设计系数输气管道完整性评价周期（ASME B31.8S2010）

备注：

①时间间隔为最大时间，可低于该数值，这取决于管道修复与保护情况。另外，出现某一显著影响管道安全的威胁时，需要明显缩短检测周期。一旦发生与时间相关的失效，应立即重新确定检测时间间隔。

②TP为试验压力。

③P_F为根据ASME B31G或等同规范确定的失效压力。

④危险迹象的直接评估时间间隔包括在内，抽样检测危险迹象的时间间隔取决于这些迹象的严重性和前期的检验结果。如果所有的危险迹象都进行了检验和修复，则管道运行应力高于50%SMYS时的再次检测时间为5年，如果管道运行应力低于50%SMYS，则再次检测时间为10年。

表4一级地区0.8设计系数输气管道完整性评价周期

本发明实施例提供的输气管道完整性评价周期的计算方法及系统，通过建立输气管道腐蚀减薄极限状态函数、管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数，计算提高强度设计系数后的可靠性指数，进而计算得到可靠性指数降低比率，最后对已知的强度设计系数的输气管道完整性评价周期进行修正调整，从而得到更高强度设计系数的输气管道完整性评价周期，为管道的完整性管理及维护提供建议，满足了对输气管道完整性评价的需求。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种输气管道完整性评价周期的计算方法，其特征在于，包括：

建立管道腐蚀减薄极限状态函数其中，σ_f为材料的流变应力，Δt为管道的壁厚损失，t₀为管道的原始壁厚，d为管道直径，P为管道运行压力；

基于概率论基础规律，由所述管道腐蚀减薄极限状态函数得到管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数其中，μ_Z为管道腐蚀减薄极限状态函数的均值，为材料流变应力的均值，μ_Δt为管道壁厚损失的均值，μ_P为管道运行压力的均值；

基于机械可靠性设计理论中的一次二阶距法，由所述管道腐蚀减薄极限状态函数得到管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数其中，σ_Z为管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差，为材料流变应力的标准偏差，σ_Δt为管道壁厚损失的标准偏差，σ_P为管道运行压力的标准偏差，为流变应力σ_f的偏导数，为管道壁厚损失Δt的偏导数，为管道运行压力P的偏导数；

根据所述管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和所述管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数分别计算基准强度设计系数下的管道腐蚀减薄极限状态函数的均值μ_Z1、管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差σ_Z1和待求强度设计系数下的管道腐蚀减薄极限状态函数的均值μ_Z2、管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差σ_Z2；其中，所述基准强度设计系数为已知的输气管道完整性评价周期的强度设计系数；

根据可靠性指数公式分别计算基准强度设计系数下的可靠性指数β₁和待求强度设计系数下的可靠性指数β₂；

根据公式计算可靠性指数下降比率w；

根据公式r≈r₀×(1-w)计算待求强度设计系数下的管道完整性评价周期r，其中，r₀为基准强度设计系数的管道完整性评价周期。

2.如权利要求1所述的输气管道完整性评价周期的计算方法，其特征在于，所述材料的流变应力σ_f的计算方法为：从待评估的管道中，采集管道样本进行力学试验，测出屈服强度σ_s；通过公式σ_f＝σ_s+68.95计算出σ_f；

所述由对σ_f取平均值计算得到；

或，所述根据公式计算得到，其中，SMYS为材料的最小屈服强度；

所述由σ_f统计得到，具体方法为：由力学试验测得不同的屈服强度σ_s，求出所有对应的σ_f；对所有求出的σ_f进行统计分析求出

或，取当前制管行业平均偏差情况给出的推荐值0.2σ_f。

3.如权利要求1或2所述的输气管道完整性评价周期的计算方法，其特征在于，所述管道壁厚损失Δt由管道无损检测得出，具体的计算公式为Δt＝t₀-t，其中，t为无损检测测得的管道剩余壁厚；

所述μ_Δt由对所述Δt取平均值计算得到；

或，通过公式μ_Δt＝CR(T-T₀)计算出μ_Δt，其中，CR为石油行业碳钢的平均腐蚀速率，即0.076mm/a，T为管道评估的初始时间，T₀为管道评估的截止时间；

所述σ_Δt由所述Δt统计得到；

或，σ_Δt采用推荐值0.1Δt。

4.如权利要求1或2所述的输气管道完整性评价周期的计算方法，其特征在于，所述管道运行压力P由输气管道的压力测量得到；

所述μ_P由对P求平均值得到；

或，μ_P采用推荐值P₀，P₀为设计压力；

所述σ_P由所述P统计得到；

或，σ_P采用推荐值0.05P。

5.如权利要求1或2所述的输气管道完整性评价周期的计算方法，其特征在于，所述根据管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数分别计算基准强度设计系数下的管道腐蚀减薄极限状态函数的均值μ_Z1、管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差σ_Z1和待求强度设计系数下的管道腐蚀减薄极限状态函数的均值μ_Z2、管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差σ_Z2，包括：将基准强度设计系数下的各参数分别代入所述管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数计算得到μ_Z1和σ_Z1；

将待求强度设计系数下的各参数分别代入所述管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数计算得到μ_Z2和σ_Z2。

6.一种输气管道完整性评价周期的计算系统，其特征在于，包括：

第一函数建立模块，用于建立管道腐蚀减薄极限状态函数其中，σ_f为材料的流变应力，Δt为管道的壁厚损失，t₀为管道的原始壁厚，d为管道直径，P为管道运行压力；

第二函数建立模块，用于基于概率论基础规律，由所述管道腐蚀减薄极限状态函数得到管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数其中，μ_Z为管道腐蚀减薄极限状态函数的均值，为材料流变应力的均值，μ_Δt为管道壁厚损失的均值，μ_P为管道运行压力的均值；

第三函数建立模块，用于基于机械可靠性设计理论中的一次二阶距法，由所述管道腐蚀减薄极限状态函数得到管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数其中，σ_Z为管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差，为材料流变应力的标准偏差，σ_Δt为管道壁厚损失的标准偏差，σ_P为管道运行压力的标准偏差，为流变应力σ_f的偏导数，为管道壁厚损失Δt的偏导数，为管道运行压力P的偏导数；

第一运算模块，用于根据所述管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和所述管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数分别计算基准强度设计系数下的管道腐蚀减薄极限状态函数的均值μ_Z1、管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差σ_Z1和待求强度设计系数下的管道腐蚀减薄极限状态函数的均值μ_Z2、管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差σ_Z2；其中，所述基准强度设计系数为已知的输气管道完整性评价周期的强度设计系数；

第二运算模块，用于根据可靠性指数公式分别计算基准强度设计系数下的可靠性指数β₁和待求强度设计系数下的可靠性指数β₂；

第三运算模块，用于根据公式计算可靠性指数下降比率w；

第四运算模块，用于根据公式r≈r₀×(1-w)计算待求强度设计系数下的管道完整性评价周期r，其中，r₀为基准强度设计系数的管道完整性评价周期。

7.如权利要求6所述的输气管道完整性评价周期的计算系统，其特征在于，还包括：

数据采集模块，用于从待评估的管道中，采集管道样本；

力学试验执行模块，用于基于所述数据采集模块采集到的样本进行力学试验，测出屈服强度σ_s；

第五运算模块，用于通过公式σ_f＝σ_s+68.95计算出σ_f；

第一均值运算模块，用于对σ_f取平均值求取

或，所述第一均值运算模块，用于根据公式计算得到其中，SMYS为材料的最小屈服强度；

第一标准偏差运算模块，用于统计σ_f求取

或，所述第一标准偏差运算模块，用于按照公式求取其中，0.2σ_f为当前制管行业平均偏差情况给出的推荐值。

8.如权利要求7所述的输气管道完整性评价周期的计算系统，其特征在于，还包括：

第六运算模块，用于通过公式Δt＝t₀-t计算出Δt，其中，t为无损检测测得的管道剩余壁厚；

第二均值运算模块，用于对所述Δt取平均值求取μ_Δt；

或，所述第二均值运算模块，用于通过公式μ_Δt＝CR(T-T₀)计算出μ_Δt，其中，CR为石油行业碳钢的平均腐蚀速率，即0.076mm/a，T为管道评估的初始时间，T₀为管道评估的截止时间；

第二标准偏差运算模块，用于统计Δt求取σ_Δt；

或，所述第二标准偏差运算模块，用于按照公式σ_Δt＝0.1Δt求取σ_Δt，其中，0.1Δt为当前制管行业的推荐值。

9.如权利要求8所述的输气管道完整性评价周期的计算系统，其特征在于，还包括：

测量模块，用于测量输气管道的压力得到P；

第三均值运算模块，用于对P求平均值得到μ_P；

或，所述第三均值运算模块，用于按照公式μ_P＝P₀求取μ_P，其中，P₀为当前制管行业的推荐值，P₀表示设计压力；

第三标准偏差运算模块，用于统计P求取σ_P；

或，所述第三标准偏差运算模块，用于按照公式σ_P＝0.05P求取σ_P，其中，0.05P为当前制管行业的推荐值。

10.如权利要求6或7所述的输气管道完整性评价周期的计算系统，其特征在于，所述第一运算模块，包括：

第一运算执行单元，用于将基准强度设计系数下的各参数分别代入所述管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数计算得到μ_Z1和σ_Z1；

第二运算执行单元，用于将待求强度设计系数下的各参数分别代入所述管道腐蚀减薄极限状态函数的均值函数和管道腐蚀减薄极限状态函数的标准偏差函数计算得到μ_Z2和σ_Z2。