CN110263364B - 一种考虑衰减时变性的油气管道腐蚀缺陷剩余强度算法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于油气管道技术领域，具体涉及一种考虑衰减时变性的油气管道腐蚀缺陷剩余强度算法。针对传统的八种模态剩余强度因子、剩余比厚壁以及RSF（剩余强度系数）表征的剩余强度不能反应安全衰减路径与腐蚀缺陷失效速率的时变性问题。本发明在分析金属油气管道腐蚀缺陷的各类安全衰减路径形态及其失效速率时变关系的基础上，建立一种考虑衰减时变性的油气管道腐蚀缺陷剩余强度算法。本发明的有益效果是，通过该模型，得到出一种准确的考虑衰减时变性的油气管道腐蚀缺陷剩余强度算法，更直观的反应含腐蚀缺陷油气管道的时变剩余强度。

Description

一种考虑衰减时变性的油气管道腐蚀缺陷剩余强度算法
技术领域
本发明属于油气管道技术领域，具体涉及一种考虑衰减时变性的油气管道腐蚀缺陷剩余强度算法。
背景技术
油气管道是国家工业生产、能源输送、民生工程等领域非常重要的基础设施，也属于泄漏和爆炸事故频发的高危特种设备之一。腐蚀缺陷是金属油气管道中最为常见的缺陷之一，也是诱发其他缺陷如裂纹，穿孔等产生的主要原因之一。因此，对于含腐蚀缺陷油气管道的安全性及剩余强度研究，一直是油气管道安全评估领域的重大理论技术需求。
石油运输工程的含腐蚀缺陷的金属油气管道，传统的八种模态剩余强度因子、剩余比厚壁以及RSF(剩余强度系数)表征的剩余强度不能反应安全衰减路径与腐蚀缺陷扩展速率的时变性问题，本发明在分析金属油气管道腐蚀缺陷的各类安全衰减路径形态及其失效速率时变关系的基础上，建立一种考虑衰减时变性的油气管道腐蚀缺陷剩余强度算法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提出一种准确的考虑衰减时变性的油气管道腐蚀缺陷剩余强度算法，更直观的反应油气管道腐蚀缺陷剩余强度的衰减过程。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：根据含腐蚀缺陷油气管道安全评定标准，规则化处理得到腐蚀深度半径等尺寸，通过应力集中系数模型及仿真拟合，获得不同规则化油气管道腐蚀缺陷的衰减路径形态，确定腐蚀缺陷衰减路径各点处的失效速率ds/dt，并根据衰减路径与失效速率的关系，用衰减路径失效速率曲线积分表征评定点处的剩余强度，进而得到整条衰减路径上各点的时变剩余强度。
具体的过程进一步的为：
1.根据腐蚀缺陷表面积占比与腐蚀深度及应力集中系数，计算出评定点所需要的RSF(剩余强度系数)、Rwt(剩余壁厚比)值，确定评定点位置；
2.利用无缝表征模型，通过不同的点蚀剩余壁厚比增量ΔRwt和腐蚀缺陷表面积占有比增量Δm，经过仿真验证，获得了管道点蚀剩余强度因子在评价图中衰减路径，对腐蚀缺陷在失效评定图的时变评定点进行动态仿真，以获得不同形态的安全衰减路径；
3.通过腐蚀缺陷安全衰减路径仿真系统，运用积分原理可以计算出每一个时刻的剩余路径长度Ls及失效速率Vs，建立点(Vs，Ls)为失效速率点，并绘制失效速率图；
4.采用高次多项式插值拟合曲线获得Vs-Ls函数；
5.采用等距节点求积法求解Vs-Ls曲线的剩余路径失效速率积分及全域失效速率积分；
6.根据步骤(1)到步骤(5)，设缺陷的全域失效速率积分为G，剩余路径失效速率积分为Gk，则缺陷安全评估点衰减到k步时其剩余强度算法为：
Ms＝(Gk/G)％ (1)
本发明的有益效果是，通过该模型，得到出一种准确的考虑衰减时变性的油气管道腐蚀缺陷剩余强度算法，更直观的反应含腐蚀缺陷油气管道的时变剩余强度。
附图说明
图1为考虑时变性的腐蚀缺陷评定点剩余强度示意图；
图2为实施例油气管道腐蚀缺陷安全评定图；
图3为实施例采用高次多项式插值拟合Vs-Ls函数曲线；
图4为实施例剩余衰减路径的速率积分Gk示意图；
图5为实施例全域衰减路径的速率积分G示意图
具体实施方式
结合附图说明本发明的具体技术方法，实施例为圆柱状点蚀缺陷考虑衰减时变性剩余强度算法。
1.根据腐蚀缺陷表面积占比与腐蚀深度及其之间的应力集中系数，计算出评定点所需要的RSF(剩余强度系数)、Rwt(剩余壁厚比)值,如图2所示，确定评定点位置；
2.对圆柱状点蚀缺陷在失效评定图的时变评定点进行动态仿真，如图1所示，得到一条油气管道腐蚀缺陷安全衰减路径；
3.通过腐蚀缺陷安全衰减路径仿真系统，运用积分原理可以计算出每一个时刻的剩余路径长度Ls及失效速率Vs，建立点(Vs，Ls)为失效速率点，如图3所示，绘制失效速率图；
4.采用高次多项式插值拟合曲线获得Vs-Ls函数
Ls＝0.3005+3.4Vs-19.5Vs2+58Vs3
5.采用等距节点求积法求解Vs-Ls曲线的剩余路径失效速率积分Gk＝0.156及全域失效速率积分G＝0.476，如图4和图5所示所示；
6.根据步骤(1)到步骤(5)，设缺陷的全域路径速率积分为G，剩余路径速度积为Gn，则缺陷安全评估点衰减到k步时其剩余强度算法为：
Ms＝(Gk/G)％＝0.156/0.476＝0.328 (1)
7.该评定点的实际动态剩余强度为0.328，传统方法计算剩余强度为0.756。
Gk表示剩余路径失效速率积分，G表示腐蚀缺陷的全域路径速度积，MS表示腐蚀缺陷评定点的剩余强度，Rwt表示剩余壁厚比，RSF表示剩余强度系数，Ls表示剩余路径长度及Vs表示失效速率，所有参数都采用国标单位。

Claims (1)

1.一种考虑衰减时变性的油气管道腐蚀缺陷剩余强度的计算方法，其特征在于：包括以下过程：
根据含腐蚀缺陷油气管道安全评定标准，规则化处理得到腐蚀半径，通过应力集中系数模型及仿真拟合，获得不同规则化油气管道腐蚀缺陷的衰减路径形态，确定腐蚀缺陷衰减路径各点处的失效速率ds/dt，并根据衰减路径与失效速率的关系，用衰减路径失效速率曲线积分表征评定点处的剩余强度，进而得到整条衰减路径上各点的时变剩余强度；
具体的过程进一步的为：
(1)根据腐蚀缺陷表面积占比与腐蚀深度及应力集中系数，计算出评定点所需要的剩余强度系数RSF、剩余壁厚比Rwt的值，确定评定点位置；
(2)利用无缝表征模型，通过不同的点蚀剩余壁厚比增量ΔRwt和腐蚀缺陷表面积占有比增量Δm，经过仿真验证，获得了管道腐蚀剩余强度因子在评价图中衰减路径，对腐蚀缺陷在失效评定图的时变评定点进行动态仿真，以获得不同形态的安全衰减路径；
(3)通过腐蚀缺陷安全衰减路径仿真系统，运用积分原理可以计算出每一个时刻的剩余路径长度Ls及失效速率Vs，建立点(Vs，Ls)为失效速率点，并绘制失效速率图；
(4)采用高次多项式插值拟合曲线获得Vs-Ls函数；
(5)采用等距节点求积法求解Vs-Ls曲线的剩余路径失效速率积分及全域失效速率积分；
(6)根据步骤(1)到步骤(5)，设缺陷的全域失效速率积分为G，剩余路径失效速率积分为Gk，则缺陷安全评估点衰减到k步时其剩余强度算法为Ms＝(Gk/G)％。
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