发明内容
本发明的目的在于通过确定工艺管道合理的检测周期,以提高检测效率, 降低运营成本,保障输油站场内工艺管道安全运行。
本发明提供了一种工艺管道检测周期评估方法,包括步骤:
S11、根据所述工艺管道的风险可接受水平确定其总损伤因子目标值;
S12、计算所述工艺管道的基础机械疲劳损伤因子值,并对其修正以获得 机械疲劳损伤因子值;
S13、根据所述总损伤因子目标值和所述机械疲劳损伤因子值计算获得所 述工艺管道的减薄损伤因子值;并通过对所述减薄损伤因子值修正来生成基 础减薄损伤因子值;
S14、根据所述工艺管道的检测数据和所述基础减薄损伤因子值,得到减 薄损伤参数;
S15、根据所述工艺管道的腐蚀速率、剩余壁厚和所述减薄损伤参数计算 下一次的检测时间。
在本发明中,所述风险可接受水平根据ALARP准则生成。
在本发明中,所述计算所述工艺管道的基础机械疲劳损伤因子值,并对 其修正以获得机械疲劳损伤因子值,包括:
根据所述工艺管道的历史失效统计、振动数据和循环应力数据,通过公 式(1)计算基础机械疲劳损伤因子值;
Dfb mfat=max[Dfb PF,(Dfb AS·Ffb AS),Dfb CF] 公式(1);
公式(1)中,Dfb mfat为基础机械疲劳损伤因子;Dfb PF为历史的疲劳失效; Dfb AS为振动噪声程度;Ffb AS为振动调节系数;Dfb CF为循环应力的类型;
通过公式(2)对所述基础机械疲劳损伤因子进行修正,得到机械疲劳损 伤因子:
Df mfat=Dfb mfat·FCA·FPC·FCP·FJB·FBD 公式(2);
公式(2)中,Df mfat为机械疲劳损伤因子;FCA为采取的纠正措施;FPC为管 道系统的复杂度;FCP为管道条件;FJB为接头或支管形式;FBD为支管直径。
在本发明中,所述据所述总损伤因子目标值和所述机械疲劳损伤因子值 计算获得所述工艺管道的减薄损伤因子值,包括:
将所述总损伤因子目标值和所述机械疲劳损伤因子值带入公式(3),求 解所述减薄损伤因子值;
Df-total=Df thin+Df mfat 公式(3);
公式(3)中,Df-total为总损伤因子;Df mfat为机械疲劳损伤因子;Df thin为减 薄损伤因子。
在本发明中,所述通过对所述减薄损伤因子值修正来生成基础减薄损伤 因子值,包括:
根据公式(4)来生成所述基础减薄损伤因子值;
公式(4)中,Dfb thin为基础减薄损伤因子;FOM为在线监测修正系数,有关 键工艺变量检测时FOM=20,有腐蚀探头时FOM=10,有腐蚀挂片时FOM=2,否则取 1;FIP为注入/混合点修正系数,管道或设备不存在注入/混合点或存在但有高 度检测方法时FIP=1,否则取3;FDL为分支修正系数,管道的分支处采用高度 有效的检测方式时取1,否则取3。
在本发明中,所述根据所述工艺管道的检测数据和所述基础减薄损伤因 子值,得到减薄损伤参数,包括:
以所述基础减薄损伤因子和所述检测数据中的检测次数和检测有效性为 依据,根据预设的对应关系,获得所述减薄损伤参数。
在本发明中,所述根据所述工艺管道的腐蚀速率、剩余壁厚和所述减薄 损伤参数计算下一次的检测时间,包括:
根据公式(5)计算下一次的检测时间;
公式(5)中,agetk为检测周期的时长;r为腐蚀速率,mm/年;trd为最 小剩余壁厚,mm。
在本发明实施例的另一面,还提供了一种工艺管道检测周期评估装置, 包括:
目标设定单元,用于根据所述工艺管道的风险可接受水平确定其总损伤 因子目标值;
机械疲劳计算单元,用于计算所述工艺管道的基础机械疲劳损伤因子值, 并对其修正以获得机械疲劳损伤因子值;
减薄计算单元,用于根据所述总损伤因子目标值和所述机械疲劳损伤因 子值计算获得所述工艺管道的减薄损伤因子值;并通过对所述减薄损伤因子 值修正来生成基础减薄损伤因子值;
减薄参数获取单元,用于根据所述工艺管道的检测数据和所述基础减薄 损伤因子值,得到减薄损伤参数;
预估单元,用于根据所述工艺管道的腐蚀速率、剩余壁厚和所述减薄损 伤参数计算下一次的检测时间。
在本发明实施例的另一面,还提供了一种存储器,包括软件程序,所述 软件程序适于由处理器执行上述工艺管道检测周期评估方法的步骤。
本发明实施例的另一面,还提供了一种工艺管道检测周期评估设备,所 述工艺管道检测周期评估设备包括存储在存储器上的计算机程序,所述计算 机程序包括程序指令,当所述程序指令被计算机执行时,使所述计算机执行 以上各个方面所述的方法,并实现相同的技术效果。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
在本发明中,首先设定了输油站场内工艺管道的总损伤因子目标值,然 后再计算出工艺管道的机械疲劳损伤因子值;接着,根据工艺管道的损伤特 性计算出减薄损伤因子值并通过将其修正来得到基础减薄损伤因子值;在结 合工艺管道的检测数据得到减薄损伤参数后,通过工艺管道的腐蚀速率、剩 余壁厚和减薄损伤参数计算得到工艺管道下一次的检测时间的预估值。
由上可知,本发明通过制定与工艺管道对应的风险可接受水平来确定总 损伤因子目标值,满足不同对象的个性化需求,可以为制定有针对性检测计 划提供客观基准;由于本发明的计算是基于工艺管道的腐蚀速率、检测次数 统计、管道最小剩余壁厚和管道失效统计等客观数据与客观实际情况,所以 能够使评估过程更加定量化,避免人为的主观性所造成的偏差;由于本发明 能够根据工艺管道的实际情况来明确的指示出下一次的检测时间,能够使检 测周期更加的合理化和个性化,从而优化了站内管道检测周期,打破现有技 术中对检测周期的固定要求,有利于实现精准化管理,达到了提高检测效率, 降低运营成本,保障站内工艺管道安全运行的目的。
上述说明仅为本发明技术方案的概述,为了能够更清楚地了解本发明的 技术手段并可依据说明书的内容予以实施,同时为了使本发明的上述和其他 目的、技术特征以及优点更加易懂,以下列举一个或多个优选实施例,并配 合附图详细说明如下。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的具体实施方式进行详细描述,但应当理解本 发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其他明确表示,否则在整个说明书和权利要求书中,术语“包 括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或 组成部分,而并未排除其他元件或其他组成部分。
在本文中,为了描述的方便,可以使用空间相对术语,诸如“下面”、“下 方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等,来描述一个元件或特征与另一元件 或特征在附图中的关系。应理解的是,空间相对术语旨在包含除了在图中所 绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如,如果在图中的物件被 翻转,则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述 元件或特征的“上方”。因此,示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空 间相对术语作出相应的解释。
在本文中,术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位, 并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之,在一些实施例中,术语“第 一”、“第二”等也可以彼此互换。
为了能够确定输油站场内工艺管道合理的检测周期,以提高检测效率, 降低运营成本,保障站内工艺管道安全运行,如图1所示,在本发明实施例 中提供了一种工艺管道检测周期评估方法,包括步骤:
S11、根据所述工艺管道的风险可接受水平确定其总损伤因子目标值;
风险可接受水平是指企业对事故造成的人员伤亡、经济损失或者环境污 染的接受程度,可以根据企业自身情况设定;风险可接受水平随着企业需求、 经济发展、技术进步等因素的变化而不同。
风险可接受水平的具体确定方式可以参考图2所示的ALARP准则,在 ALARP准则中将风险划分3个区域,分别是不可接受风险区、尽可能降低风 险区和可接受风险区。若风险处于不可接受风险区,均必须采取措施降低风 险;若风险处于可接受风险区,风险可以忽略;两者之间的区域则需要尽可 能的降低风险区,可通过成本-风险分析来确定是否采取风险控制措施。
因此确定风险可接受水平也就是确定不可接受风险区和尽可能降低风险 区的分界线;在实际应用中,风险可接受水平的确定可以参考损伤因子、风 险值、风险等级等评估值来确定。
在本发明实施例中,可以根据风险可接受水平的实施标准来确定总损伤 因子目标值,在本发明实施例所提供的一个示例中,假定工艺管道风险可接 受水平的级别为可接受风险区时,可以设定其总损伤因子目标值为100。
需要说明的是,本发明实施例中的实施前提还包括,已经对输油站场的 工艺管道的各种信息数据,如管道腐蚀速率、检测次数统计、管道最小剩余 壁厚和管道失效统计等历史数据和是实时数据进行存储和管理,本发明实施 例中的实施过程可以调用上述各种数据。
S12、计算所述工艺管道的基础机械疲劳损伤因子值,并对其修正以获得 机械疲劳损伤因子值;
在实际应用中,可以通过公式(1)来计算基础机械疲劳损伤因子值,具 体的:
Dfb mfat=max[Dfb PF,(Dfb AS·Ffb AS),Dfb CF] 公式(1);
公式(1)中,Dfb mfat为基础机械疲劳损伤因子;Dfb PF为历史的疲劳失效; Dfb AS为振动噪声程度;Ffb AS为振动调节系数;Dfb CF为循环应力的类型;
表1至表4示出了参数的取值实例:
表1:历史的疲劳失效
以往失效次数 |
基准敏感度 |
无 |
1 |
1次 |
50 |
>1次 |
500 |
表2:振动噪声程度
振动噪声 |
基准敏感度 |
较小 |
1 |
中等 |
50 |
较大 |
500 |
表3:振动调节系数
振动持续时间/周 |
调节系数 |
0~2 |
1 |
2~13 |
0.2 |
13~52 |
0.02 |
表4:循环应力类型
15.24m内连接循环力的来源 |
调节系数 |
往复机械 |
50 |
安全阀振动 |
25 |
具有高压降的阀门 |
10 |
无 |
1 |
在所述示例中,可以设定评估对象的以往未发生过失效,Dfb PF=1;振动噪 声较大,Dfb AS=50;振动持续的时间为20天,Ffb AS=0.2;循环力的来源为输油 泵,Dfb CF=50。因此在所述示例中,基础机械疲劳损伤因子Dfb mfat=10。
然后,再通过公式(2)对基础机械疲劳损伤因子进行修正,得到机械疲 劳损伤因子,
Df mfat=Dfb mfat·FCA·FPC·FCP·FJB·FBD 公式(2);
公式(2)中,Df mfat为机械疲劳损伤因子;FCA为采取的纠正措施;FPC为管 道系统的复杂度;FCP为管道条件;FJB为接头或支管形式;FBD为支管直径。
表5至表9给出了用于调节基础机械疲劳损伤因子的各调节系数的取值 实例:
表5:采取的纠正措施
采取的纠正措施 |
调节系数 |
基于完整的工程分析的修正 |
0.002 |
基于经验的修正 |
0.2 |
不修正 |
2 |
表6:管道系统的复杂度
表7:管道条件
表8:接头或支管形式
接头形式 |
调节系数 |
螺纹连接、承插焊、凸鞍形 |
2 |
凹鞍形 |
1 |
小焊管 |
0.2 |
变径小管 |
0.02 |
表9:支管直径
支管直径 |
调节系数 |
≤50mm |
1 |
>50mm |
0.02 |
在所述示例中,还设定评估对象未采取的纠正措施,FCA=2;有一个管接 头,FPC=0.5;管道支座状况良好,FCP=1;接头连接为螺纹连接,FJB=2;无支 管,FBD=1。因此在本实施例中,机械疲劳损伤因子Df mfat=20。
S13、根据所述总损伤因子目标值和所述机械疲劳损伤因子值计算获得所 述工艺管道的减薄损伤因子值;并通过对所述减薄损伤因子值修正来生成基 础减薄损伤因子值;
在减薄损伤、衬里损伤、外部损坏、应力腐蚀开裂、高温氢蚀、机械疲 劳和脆性破坏这种常规的损伤模式中,发明人发现,本发明实施例中工艺管 道其具体的损伤实际情况为,站内工艺管道一般为常温输送,且无衬里,腐 蚀多为局部腐蚀,而外部损伤只需考虑由外腐蚀引起的损伤,主要体现在腐 蚀速率的计算中,可统归减薄损伤;因此工艺管道的主要损伤模式为减薄损 伤和机械疲劳损伤。也就是说,总损伤因子应为减薄损伤因子和机械疲劳损 伤因子之和。
在本发明实施例中,具体可以通过公式(3)来计算薄损伤因子值,具体 可以是:将总损伤因子目标值和所述机械疲劳损伤因子值带入公式(3),通 过求解来获得减薄损伤因子值;
Df-total=Df thin+Df mfat 公式(3);
公式(3)中,Df-total为总损伤因子;Df mfat为机械疲劳损伤因子;Df thin为减 薄损伤因子。
在所述示例中,根据上述公式计算得到的减薄损伤因子值Df thin=80。
由于本发明实施例中已经设定了作为总损伤因子的总损伤因子目标值, 因此通过公式(3)就可以求得减薄损伤因子值;
接下来,还可以根据公式(4)来获得基础减薄损伤因子值,具体的:
公式(4)中,Dfb thin为基础减薄损伤因子;FOM为在线监测修正系数,有关 键工艺变量检测时FOM=20,有腐蚀探头时FOM=10,有腐蚀挂片时FOM=2,否则取 1;FIP为注入/混合点修正系数,管道或设备不存在注入/混合点或存在但有高 度检测方法时FIP=1,否则取3;FDL为分支修正系数,管道的分支处采用高度 有效的检测方式时取1,否则取3。
在所述示例中,设定评估对象无检测措施,FOM=1;不存在注入/混合点 FIP=1;管道的分支、接头处未采用检测措施,FDL=3。因此,基础减薄损伤因 子Dfb thin=26.67。
S14、根据所述工艺管道的检测数据和所述基础减薄损伤因子值,得到减 薄损伤参数;
在本发明实施例中,工艺管道的检测数据具体可以包括检测次数和检测 有效性;其中,检验有效性具体到工艺管道有其特殊的表现形式,可根据检 测方式确定。检验有效性具体可以分为高度有效、中高度有效、中度有效、 低度有效和无效5个级别,如果进行了多次较低有效性的检验,可近似等效 于一次较高度有效性的检验,即:2个中高度有效=1个高度有效;2个中度有 效=1个中高度有效;2个效果差=1个一般有效。
在实际应用中,可以基础减薄损伤因子和检测数据中的检测次数和检测 有效性为依据,根据预设的对应关系来获得所述减薄损伤参数;以对应关系 为表示10为例,当获得了工艺管道的检测数据和所述基础减薄损伤因子值后, 即可根据表10来查找对应的减薄损伤参数。
表10:减薄损伤参数对照表
在所述示例中,设定评估对象此前共开展过1次中度有效的检测和2次 一般有效的检测,由于最高级别检测为中度有效的检测,通过转化得到共开 展过2次中度有效检测。结合基础减薄损伤因子Dfb thin、检测次数和检测有 效性,查阅表10得到减薄损伤参数Art=0.1578。
S15、根据所述工艺管道的腐蚀速率、剩余壁厚和所述减薄损伤参数计算 下一次的检测时间。
最后,在求解工艺管道下一次的检测时间时,可以根据公式(5)计算而 得:
公式(5)中,agetk为检测周期的时长;Art为减薄损伤参数,r为腐蚀 速率,mm/年;trd为最小剩余壁厚,mm。
在所述示例中,通过多次检测得到管道腐蚀速率为0.177mm/年,根据上 次检验结果得到最小剩余壁厚为8.2mm,因此得到当风险达到制定的风险可 接受水平时,距上一次检测的时间agetk=7.3年,即检测周期为7.3年。根据 现有检测规定,在不超过9年的前提下,可依据评估结果,将检测时间定在 距上次检测的第7年。
此外,通过本发明实施例所计算出的检测周期和当前日期,还可以进一 步的计算出下次检测的具体时间。
综上所述,在本发明实施例中,首先设定了工艺管道的总损伤因子目标 值,然后再计算出工艺管道的机械疲劳损伤因子值;接着,根据工艺管道的 损伤特性计算出减薄损伤因子值并通过将其修正来得到基础减薄损伤因子 值;在结合工艺管道的检测数据得到减薄损伤参数后,通过工艺管道的腐蚀 速率、剩余壁厚和减薄损伤参数计算得到工艺管道下一次的检测时间的预估 值。
由上可知,本发明通过制定与工艺管道对应的风险可接受水平来确定总 损伤因子目标值,满足不同对象的个性化需求,可以为制定有针对性检测计 划提供客观基准;由于本发明的计算是基于工艺管道的腐蚀速率、检测次数 统计、管道最小剩余壁厚和管道失效统计等客观数据与客观实际情况,所以 能够使评估过程更加定量化,避免人为的主观性所造成的偏差;由于本发明 能够根据工艺管道的实际情况来明确的指示出下一次的检测时间,能够使检 测周期更加的合理化和个性化,从而优化了站内工艺管道检测周期,打破现 有技术中对检测周期的固定要求,有利于实现精准化管理,达到了提高检测 效率,降低运营成本,保障站内工艺管道安全运行的目的。
在本发明实施例的另一面,还提供了一种工艺管道检测周期评估装置, 图2示出本发明实施例提供的工艺管道检测周期评估装置的结构示意图,所 述工艺管道检测周期评估装置为与图1所对应实施例中所述工艺管道检测周 期评估方法对应的装置,即,通过虚拟装置的方式实现图1所对应实施例中 工艺管道检测周期评估方法,构成所述工艺管道检测周期评估装置的各个虚 拟模块可以由电子设备执行,例如网络设备、终端设备、或服务器。具体来 说,本发明实施例中的工艺管道检测周期评估装置包括:
目标设定单元01,用于根据所述工艺管道的风险可接受水平确定其总损 伤因子目标值;
机械疲劳计算单元02,用于计算所述工艺管道的基础机械疲劳损伤因子 值,并对其修正以获得机械疲劳损伤因子值;
减薄计算单元03,用于根据所述总损伤因子目标值和所述机械疲劳损伤 因子值计算获得所述工艺管道的减薄损伤因子值;并通过对所述减薄损伤因 子值修正来生成基础减薄损伤因子值;
减薄参数获取单元04,用于根据所述工艺管道的检测数据和所述基础减 薄损伤因子值,得到减薄损伤参数;
预估单元05,用于根据所述工艺管道的腐蚀速率、剩余壁厚和所述减薄 损伤参数计算下一次的检测时间。
由于本发明实施例中工艺管道检测周期评估装置的工作原理和有益效果 已经在图1所对应的工艺管道检测周期评估方法中也进行了记载和说明,因 此可以相互参照,在此就不再赘述。
在本发明实施例中,还提供了一种存储器,其中,存储器包括软件程序, 软件程序适于处理器执行图1所对应的工艺管道检测周期评估方法中的各个 步骤。
本发明实施例可以通过软件程序的方式来实现,即,通过编写用于实现 图1所对应的工艺管道检测周期评估方法中的各个步骤的软件程序(及指令 集),所述软件程序存储于存储设备中,存储设备设于计算机设备中,从而可 以由计算机设备的处理器调用该软件程序以实现本发明实施例的目的。
本发明实施例中,还提供了一种工艺管道检测周期评估设备,该工艺管 道检测周期评估设备所包括的存储器中,包括有相应的计算机程序产品,所 述计算机程序产品所包括程序指令被计算机执行时,可使所述计算机执行以 上各个方面所述的用于工艺管道检测周期评估方法,并实现相同的技术效果。
图3是本发明实施例作为电子设备的工艺管道检测周期评估设备的硬件 结构示意图,如图3所示,该设备包括一个或多个处理器610、总线630以及 存储器620。以一个处理器610为例,该设备还可以包括:输入装置640、输 出装置650。
处理器610、存储器620、输入装置640和输出装置650可以通过总线或 者其他方式连接,图3中以通过总线连接为例。
存储器620作为一种非暂态计算机可读存储介质,可用于存储非暂态软 件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块。处理器610通过运行存储在存 储器620中的非暂态软件程序、指令以及模块,从而执行电子设备的各种功 能应用以及数据处理,即实现上述方法实施例的处理方法。
存储器620可以包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存 储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序;存储数据区可存储数据等。 此外,存储器620可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非暂态存储器, 例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一 些实施例中,存储器620可选包括相对于处理器610远程设置的存储器,这 些远程存储器可以通过网络连接至处理装置。上述网络的实例包括但不限于 互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置640可接收输入的数字或字符信息,以及产生信号输入。输出 装置650可包括显示屏等显示设备。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器620中,当被所述一个或者多 个处理器610执行时,执行:
S11、根据所述工艺管道的风险可接受水平确定其总损伤因子目标值;
S12、计算所述工艺管道的基础机械疲劳损伤因子值,并对其修正以获得 机械疲劳损伤因子值;
S13、根据所述总损伤因子目标值和所述机械疲劳损伤因子值计算获得所 述工艺管道的减薄损伤因子值;并通过对所述减薄损伤因子值修正来生成基 础减薄损伤因子值;
S14、根据所述工艺管道的检测数据和所述基础减薄损伤因子值,得到减 薄损伤参数;
S15、根据所述工艺管道的腐蚀速率、剩余壁厚和所述减薄损伤参数计算 下一次的检测时间。
上述产品可执行本发明实施例所提供的方法,具备执行方法相应的功能 模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节,可参见本发明实施 例所提供的方法。
在本发明所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统,装置和 方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示 意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可 以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个 系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间 的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合 或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作 为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方, 或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或 者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中, 也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单 元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单 元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售 或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本 发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的 全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个 存储设备中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机, 服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步 骤。而前述的存储设备包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、ReRAM、MRAM、 PCM、NAND Flash,NOR Flash,Memristor、磁碟或者光盘等各种可以存储 程序代码的介质。
以上所述,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制; 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的技术人员应当理 解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部 分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本 质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。