CN113688469A - 运输管道可靠性评价方法和装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents

运输管道可靠性评价方法和装置、计算机设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本公开是关于一种运输管道可靠性评价方法和装置、计算机设备和存储介质，属于安全评价领域。所述方法包括：基于数据库中的运输管道的管道材料强度和焊缝特性，建立运输管道的状态函数；确定待测管道的目标焊缝长度；获取多个参考管道的多组参考参数；对多组参考参数中的管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度分别进行概率分布计算，得到参考管道的材料强度概率分布函数、焊缝强度概率分布函数、焊缝韧性概率分布函数和焊缝深度概率分布函数；采用随机函数分别任意选取管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度，形成多个参考数据组合；基于目标焊缝长度、参考数据组合和状态函数确定待测管道的可靠性。

Description

运输管道可靠性评价方法和装置、计算机设备和存储介质
技术领域
本公开涉及安全评价领域，特别涉及一种运输管道可靠性评价方法和装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
油田开采出的原油以及天然气通过管道进行运输，运输管道是由多个单根的管道焊接而成。在焊接过程中，会对管道的焊接处进行加热，形成焊缝。这些焊缝如果出现异常，会影响管道运输的可靠性。
近年来，国内油气管道运营公司开始重视运输管道的可靠性管理，需要评价工作中的运输管道的可靠性。在评价运输管道可靠性时，将内检测仪器放入运输管道中，内检测仪器通过漏磁检测技术检测运输管道中的焊缝的长度，当焊缝的长度超过规定长度时，说明焊缝出现了异常，可能会影响运输管道的可靠性。但内检测仪器只能测量焊缝的长度，无法直接判定运输管道的可靠性。且运输管道在工作中大多数是埋在地下，对运输管道进行可靠性鉴定时，须进行开挖验证，看该处的运输管道的是否出现漏油等异常，从而判断运输管道的可靠性。
但是，运输管道数量很多，焊缝的数量更加庞大，如果每一根管道均开挖验证，工程量极大，需要投入的成本巨大。
发明内容
本公开实施例提供了一种运输管道可靠性评价方法和装置、计算机设备和存储介质，可以在不开挖的情况下先评价管道的可靠性，根据可靠性判断是否开挖验证，减少开挖次数，节约成本。所述技术方案如下：
本公开提供了一种运输管道可靠性评价方法，所述方法包括：
基于数据库中的运输管道的管道材料强度和焊缝特性，建立所述运输管道的状态函数，所述焊缝特性包括焊缝强度、焊缝韧性、焊缝深度和焊缝长度，所述状态函数用于表示所述运输管道的可靠性与管道材料强度及焊缝特性间的关系；
确定待测管道的目标焊缝长度，所述目标焊缝长度是通过内检测仪器伸入所述待测管道中测得的；
获取多个参考管道的多组参考参数，每组所述参考参数包括同一个参考管道的管道材料强度和焊缝特性，所述多个参考管道的管道材料和焊接工艺分别与所述待测管道的管道材料和焊接工艺相同；
对所述多组参考参数中的管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度分别进行概率分布计算，得到所述参考管道的材料强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝韧性概率分布函数和所述参考管道的焊缝深度概率分布函数；
在所述参考管道的材料强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝韧性概率分布函数和所述参考管道的焊缝深度概率分布函数的基础上，采用随机函数分别任意选取管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度，形成多个参考数据组合，每个所述参考数据组合均包括选取的管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度；
基于所述目标焊缝长度、所述参考数据组合和所述状态函数确定所述待测管道的可靠性。
在本公开实施例的一种实现方式中，所述基于数据库中的运输管道的管道材料强度和焊缝特性，建立所述运输管道的状态函数，包括：
获取所述数据库中的运输管道的管道材料强度和焊缝特性，所述运输管道的管道材料强度和焊缝特性均为曲面状态下的，所述曲面与所述运输管道的表面重合；
将曲面状态下的所述焊缝特性转换为平面状态下的平面焊缝特性；
基于所述管道材料强度、所述平面焊缝特性和所述运输管道的极限状态的方程建立所述运输管道的状态函数，所述极限状态为所述运输管道处于可靠或不可靠时的临界状态。
在本公开实施例的一种实现方式中，所述将曲面状态下的所述焊缝特性转换为平面状态下的平面焊缝特性，包括：
根据BS7910标准将曲面状态下的所述运输管道的焊缝特性转换为平面状态下的平面焊缝特性。
在本公开实施例的一种实现方式中，所述方法还包括：
利用所述内检测仪器并采用以下检测方法的至少一种检测所述目标焊缝长度：
射线检测、超声检测、相控阵超声检测和超声延时衍射检测。
在本公开实施例的一种实现方式中，所述在所述参考管道的材料强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝韧性概率分布函数和所述参考管道的焊缝深度概率分布函数的基础上，采用随机函数分别任意选取管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度，形成多个参考数据组合，包括：
采用矩阵实验室分别确定所述参考管道的材料强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝韧性概率分布函数和所述参考管道的焊缝深度概率分布函数的均值和标准差；
采用所述矩阵实验室中的随机函数，以及所述参考管道的材料强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝韧性概率分布函数和所述参考管道的焊缝深度概率分布函数的均值和标准差，分别任意选取管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度，形成多个参考数据组合。
在本公开实施例的一种实现方式中，所述参考组合的数量不低于108。
在本公开实施例的一种实现方式中，所述基于所述目标焊缝长度、所述参考数据组合和所述状态函数确定所述待测管道的可靠性，包括：
计算在所述目标焊缝长度的基础上，多组所述参考数据组合在所述状态函数中的数值；
基于多组所述参考数据组合的总组合数和多组所述参考数据组合在所述状态函数中的数值，确定所述待测管道的可靠性。
另一方面，本公开提供了一种运输管道可靠性评价装置，所述运输管道可靠性评价装置包括：
函数建立模块，被配置为基于数据库中的运输管道的管道材料强度和焊缝特性，建立所述运输管道的状态函数，所述焊缝特性包括焊缝强度、焊缝韧性、焊缝深度和焊缝长度，所述状态函数用于表示所述运输管道的可靠性与管道材料强度及焊缝特性间的关系；
第一确定模块，被配置为确定待测管道的目标焊缝长度，所述目标焊缝长度是通过内检测仪器伸入所述待测管道中测得的；
第一获取模块，被配置为获取多个参考管道的多组参考参数，每组所述参考参数包括同一个参考管道的管道材料强度和焊缝特性，所述多个参考管道的管道材料和焊接工艺分别与所述待测管道的管道材料和焊接工艺相同；
函数计算模块，被配置为对所述多组参考参数中的管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度分别进行概率分布计算，得到所述参考管道的材料强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝韧性概率分布函数和所述参考管道的焊缝深度概率分布函数；
第二选取模块，被配置为在所述参考管道的材料强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝韧性概率分布函数和所述参考管道的焊缝深度概率分布函数的基础上，采用随机函数分别任意选取管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度，形成多个参考数据组合，每个所述参考数据组合均包括选取的管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度；
第二确定模块，被配置为基于所述目标焊缝长度、所述参考数据组合和所述状态函数确定所述待测管道的可靠性。
另一方面，本公开提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行上述任一项所述的运输管道可靠性评价方法。
另一方面，本公开提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现上述任一所述的运输管道可靠性评价方法。
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
在本公开实施例中，结合数据库中的运输管道的管道材料强度和焊缝特性，建立运输管道的状态函数，当需要对待测管道进行可靠性鉴定时，先将内检测仪器伸入待测管道中测得待测管道的目标焊缝长度，然后选取与待测管道的管道材料和焊接工艺相同的参考管道的管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度。对管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度进行概率分布计算，分别得到参考管道的材料强度概率分布函数、焊缝强度概率分布函数、焊缝韧性概率分布函数和焊缝深度概率分布函数，然后采用随机函数从材料强度概率分布函数、焊缝强度概率分布函数、焊缝韧性概率分布函数和焊缝深度概率分布函数上选取多组管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度的组合。将目标焊缝长度和组合中管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度代入状态函数中，从而确定待测管道的可靠性。通过待测管道的可靠性判断是否需要对待测管道进行开挖检测，减少开挖次数，节约成本。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本公开实施例提供的一种运输管道可靠性评价方法的流程图；
图2是本公开实施例提供的一种运输管道可靠性评价方法的流程图；
图3是本公开实施例提供的一种运输管道失效概率计算方法的流程图；
图4是本公开实施例提供的一种运输管道可靠性评价装置的框图；
图5是本公开实施例提供的一种计算机设备的连接框图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
图1是本公开实施例提供的一种运输管道可靠性评价方法的流程图。参见图1，该方法包括：
步骤S11：基于数据库中的运输管道的管道材料强度和焊缝特性，建立运输管道的状态函数，焊缝特性包括焊缝强度、焊缝韧性、焊缝深度和焊缝长度，状态函数用于表示运输管道的可靠性与管道材料强度及焊缝特性间的关系。
在本公开实施例中，数据库可以包括运输管道建设初期保存的数据、运输管道在运行期检修时记录的数据，也可以包括开挖检测时记录的数据等。也即数据库中包括上述时间点录入的管道材料强度和焊缝特性。
其中，焊缝强度表示管道具有焊缝时的强度，焊缝韧性表示管道具有焊缝时的抗弯能力，焊缝深度表示在管道厚度方向上的焊缝的深度，焊缝长度表示在焊缝延伸方向上的长度。
示例性地，管道材料强度、焊缝强度和焊缝韧性均可以通过实验得到。焊缝深度和焊缝长度可以通过仪器检测得到。
步骤S12：确定待测管道的目标焊缝长度，目标焊缝长度是通过内检测仪器伸入待测管道中测得的。
在本公开实施例中，在评价运输管道可靠性时，可以将内检测仪器放入运输管道中，内检测仪器可以检测到运输管道中的目标焊缝长度，当目标焊缝长度超过规定长度时，说明焊缝出现了异常，可能会影响运输管道的可靠性。
在本公开实施例，该方法还可以包括：
比较目标焊缝长度与规定长度的大小；
当目标焊缝长度超过规定长度时，执行步骤S13；
当目标焊缝长度未超过规定长度时，结束该流程。
在该实现方式中，先判断目标焊缝的异常情况，再根据目标焊缝的异常情况，然后判断该运输管道是否进行开挖检验，可以减少后续运算的时间。
步骤S13：获取多个参考管道的多组参考参数，每组参考参数包括同一个参考管道的管道材料强度和焊缝特性，多个参考管道的管道材料和焊接工艺分别与待测管道的管道材料和焊接工艺相同。
在本公开实施例中，可以搜集同一运输管道线路线上的其他运输管道的管道材料强度和焊缝特性等数据，当同一运输管道线路线上的运输管道没有保存相关管道材料强度和焊缝特性等数据时，可以搜集相似运输管道上的管道材料强度和焊缝特性等数据。这里，同一运输管道线路线上的其他运输管道或者相似运输管道的管道材料和焊接工艺分别与待测管道的管道材料和焊接工艺相同，保证后续评价的准确性。同一运输管道线路线上的其他运输管道和相似运输管道均为参考管道。
步骤S14：对多组参考参数中的管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度分别进行概率分布计算，得到参考管道的材料强度概率分布函数、参考管道的焊缝强度概率分布函数、参考管道的焊缝韧性概率分布函数和参考管道的焊缝深度概率分布函数。
在本公开实施例中，将搜集到的管道材料强度和焊缝特性等数据分别进行概率分布计算，得到参考管道的材料强度概率分布函数、参考管道的焊缝强度概率分布函数、参考管道的焊缝韧性概率分布函数和参考管道的焊缝深度概率分布函数，方便后续通过概率分布函数选取参考管道的材料强度、参考管道的焊缝强度、参考管道的焊缝韧性和参考管道的焊缝深等数据。
其中，概率分布函数可用于表示随机变量的概率，可以根据概率分布函数进行随机取样，使取样的数据符合参考参数中数据的概率分布。即参考参数中数据在一个范围内的概率较高，那么取样的数据在这个范围内的概率也较高；参考参数中数据在一个范围内的概率较低，那么取样的数据在这个范围内的概率也较低。
步骤S15：在参考管道的材料强度概率分布函数、参考管道的焊缝强度概率分布函数、参考管道的焊缝韧性概率分布函数和参考管道的焊缝深度概率分布函数的基础上，采用随机函数分别任意选取管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度，形成多个参考数据组合，每个参考数据组合均包括选取的管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度。
在本公开实施例中，随机函数可以根据概率分布函数随机产生数，且产生数在概率分布函数的定义域内，即产生数的范围在多组参考参数的范围内，且产生数的概率符合参考参数中数据的概率。通过随机函数在参考管道的材料强度概率分布函数、参考管道的焊缝强度概率分布函数、参考管道的焊缝韧性概率分布函数和参考管道的焊缝深度概率分布函数任意选取数据，并形成个参考数据组合，每一个参考数据组合均包括选取的管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度数据。每一个参考数据组合中的数据在上述参考参数的范围内。
步骤S16：基于目标焊缝长度、参考数据组合和状态函数确定待测管道的可靠性。
在本公开实施例中，每一个参考数据组合均包括选取的管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度数据，再结合同一个目标焊缝长度代入状态函数中，计算状态函数的数值，每一个参考数据组合均对应一个状态函数的数值，状态函数的数值可以表示当待测管道的中的管道材料强度和焊缝特性与该参考数据组合中的管道材料强度和焊缝特性一致时，待测管道的可靠性。即可以根据状态函数的数值确定待测管道的可靠性。
在该实现方式中，结合数据库中的运输管道的管道材料强度和焊缝特性，建立运输管道的状态函数，当需要对待测管道进行可靠性鉴定时，先将内检测仪器伸入待测管道中测得待测管道的目标焊缝长度，然后在数据中选取与待测管道的管道材料和焊接工艺相同的参考管道的管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度。对管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度进行概率分布计算，分别得到参考管道的材料强度概率分布函数、焊缝强度概率分布函数、焊缝韧性概率分布函数和焊缝深度概率分布函数，然后采用随机函数从材料强度概率分布函数、焊缝强度概率分布函数、焊缝韧性概率分布函数和焊缝深度概率分布函数上选取多组管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度的组合。将目标焊缝长度和组合中管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度代入状态函数中，从而确定待测管道的可靠性。通过待测管道的可靠性判断是否需要对待测管道进行开挖检测，减少开挖次数，节约成本。
图2是本公开实施例提供的一种运输管道可靠性评价方法的流程图。参见图2，该方法包括：
步骤S211：获取数据库中的运输管道的管道材料强度和焊缝特性，运输管道的管道材料强度和焊缝特性均为曲面状态下的，曲面与运输管道的表面重合。
在该实现方式中，运输管道均为管状结构，运输管道上的焊缝为曲面状态下的焊缝。
步骤S212：将曲面状态下的焊缝特性转换为平面状态下的平面焊缝特性。
在该实现方式中，将曲面状态下的焊缝特性等价处理为平面状态下的平面焊缝特性，平面状态下的焊缝的强度和韧性计算方法比曲面状态下的焊缝的强度和韧性计算方法要简单，便于后续计算。且平面状态下的焊缝强度和焊缝韧性均比曲面状态下的焊缝强度和焊缝韧性小，平面状态下的焊缝破坏时，曲面状态下的焊缝还没有破坏，此时对待测管道进行开挖验证时，待测管道还处于未破坏的状态，避免在待测管道已经破坏时才进行开挖，造成待测管道中的介质泄露，浪费资源。平面状态下的焊缝强度和焊缝韧性均比曲面状态下的焊缝强度和焊缝韧性，但相差不多，如果在平面状态下的焊缝已经破坏，说明曲面状态下的焊缝也即将破坏，当开挖验证时可以针对此时的待测管道进行维修，避免焊缝进一步破坏，保证待测管道的强度。
示例性地，可以根据BS7910标准先确定焊缝长度，然后根据焊缝长度确定焊缝的缺陷等级，再根据缺陷等级将曲面状态下的运输管道的焊缝特性转换为平面状态下的平面焊缝特性。
步骤S213：基于管道材料强度、平面焊缝特性和运输管道的极限状态的方程建立运输管道的状态函数，极限状态为运输管道处于可靠或不可靠时的临界状态。
在该实现方式中，根据管道材料强度和平面焊缝特性建立运输管道的状态函数。运输管道的状态函数g(x)为：
Figure BDA0002498348680000091
公式(1)中：
f(Lr)——Lr的函数，表示焊缝扩展动力；
Lr——载荷比，表示载荷接近于材料塑性屈服极限载荷的程度；
Kr——施加载荷作用下的应力强度因子与以应力强度因子表示的材料断裂韧度的比值；
Figure BDA0002498348680000092
——一次应力产生的应力强度因子，单位：MPa/mm；
V——一次载荷的函数；
Figure BDA0002498348680000093
——二次应力产生的应力强度因子，单位：MPa/mm；
Kmat——临界应力强度因子，单位：MPa/mm；
Figure BDA0002498348680000094
——截止载荷比；
其中：
Figure BDA0002498348680000101
公式(2)中：
σref——焊缝强度，单位：MPa；
σy——管道材料强度，单位：MPa。
Figure BDA0002498348680000102
Figure BDA0002498348680000103
公式(4)中：
E——管道的弹性模量，单位：MPa。
Figure BDA0002498348680000104
公式(5)中：
σu——管道的抗拉强度，单位：MPa。
Figure BDA0002498348680000105
公式(6)中：
σf——材料的流变应力，单位：MPa。
其中，
Figure BDA0002498348680000106
步骤S22：确定待测管道的目标焊缝长度，目标焊缝长度是通过内检测仪器伸入待测管道中测得的。
在本公开实施例中，利用内检测仪器检测目标焊缝长度。
示例性地，内检测仪器的检测方法可以包括：射线检测(RT)、超声检测(UT)、相控阵超声检测(PAUT)和超声延时衍射检测(TOFD)中的一种或者多种。
射线检测、超声检测、相控阵超声检测、超声延时衍射检测时目前使用较多的几种检测焊缝特性的方法，保证可以准确获取到的目标焊缝长度。
步骤S23：获取多个参考管道的多组参考参数，每组参考参数包括同一个参考管道的管道材料强度和焊缝特性，多个参考管道的管道材料和焊接工艺分别与待测管道的管道材料和焊接工艺相同。
在该实现方式中，可以搜集多个参考管道的多组参考管道材料强度和焊缝特性等数据。参考管道的管道材料和焊接工艺分别与待测管道的管道材料和焊接工艺相同，保证数据的准确性。
示例性地，参考管道可以为与待测管道同一运输管道线路线上的其他运输管道或者相似运输管道。
步骤S24：对多组参考参数中的管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度分别进行概率分布计算，得到参考管道的材料强度概率分布函数、参考管道的焊缝强度概率分布函数、参考管道的焊缝韧性概率分布函数和参考管道的焊缝深度概率分布函数。
在本公开实施例中，矩阵实验室(英文：Matlab)软件中具有概率分布函数，可以将搜集到的管道材料强度和焊缝特性等数据，输入Matlab软件中，并通过Matlab软件中的概率分布函数得到参考管道的材料强度概率分布函数、参考管道的焊缝强度概率分布函数、参考管道的焊缝韧性概率分布函数和参考管道的焊缝深度概率分布函数。
示例性地，通过Matlab软件可以得到多种概率分布函数，例如，正态分布、对数正态分布、威布尔分布、指数分布、耿贝尔(英文：Gumbel)分布和伽玛(英文：Gamma)分布函数。即每一个参数可以得到多个概率分布函数，将多个概率分布函数进行拟合优度(K-S)检验，确定每一个参数最优概率分布函数，从而确定材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和的焊缝深度的最优概率分布函数。
步骤S251：采用矩阵实验室分别确定参考管道的材料强度概率分布函数、参考管道的焊缝强度概率分布函数、参考管道的焊缝韧性概率分布函数和参考管道的焊缝深度概率分布函数的均值和标准差。
在该实现方式中，均值和标准差是概率分布函数的两个重要指标，均值反映参数的集中趋势，标准差能反映参数的离散程度。当一个概率分布函数的均值和标准差确定，那该概率分布函数的函数式确定，在后续可以直接利用均值和标准差代替概率分布函数进行计算，更加方便。
示例性地，可以将参考管道的材料强度概率分布函数、参考管道的焊缝强度概率分布函数、参考管道的焊缝韧性概率分布函数和参考管道的焊缝深度概率分布函数全部转化为正态分布，即均值为0，标准差为1，方便后续通过随机函数选取参考数据组合。
步骤S252：采用矩阵实验室中的随机函数，以及参考管道的材料强度概率分布函数、参考管道的焊缝强度概率分布函数、参考管道的焊缝韧性概率分布函数和参考管道的焊缝深度概率分布函数的均值和标准差，分别任意选取管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度，形成多个参考数据组合。
在该实现方式中，随机函数可以根据均值和标准差随机选取数据，且该数据在原有的参考数据的定义域内。采用Matlab软件的随机函数输入材料强度概率分布函数的均值和标准差就可以得到随机选取的材料强度的数据，且该材料强度的数值在上述从数据库中选取的多个参考管道的材料强度数值之间。采用同样的方法可以得到焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度的随机数据。将得到的材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度的数据进行组合得到多个参考数据组合。
示例性地，当概率分布函数是标准正态分布时，选取的随机数据在区间[0,1]之间。
在本公开实施例中，参考组合的数量可以不低于108。
步骤S261：以目标焊缝长度作为焊缝长度，分别采用多组参考数据组合计算状态函数的数值。
在该实现方式中，上述每一个参考数据组合和同一个目标焊缝长度代入状态函数中，即代入公式(1)中，计算g(x)的数值。
步骤S262：基于参考数据组合的总组数和采用多组参考数据组合计算出的数值，确定待测管道的可靠性。
在本公开实施例中，计算得到的g(x)的数值可能大于0，可能等于0，可能小于0。其中当g(x)的数值大于0表示待测管道处于可靠状态，当g(x)的数值等于0表示管道处于极限状态，在极限状态待测管道可能没有破坏，也可能破坏，当g(x)的数值小于0表示待测管道处于失效状态。即：
①当g(x)>0时，待测管道处于可靠状态；
②当g(x)＝0时，待测管道达到极限状态；
③当g(x)<0时，待测管道处于失效状态。
确定g(x)的数值大于0的参考数据组合的组数(假设为a)，以及参考数据组合的总组合数(假设为b)，则a/b就为待测管道的安全的概率，即为待测管道的可靠性。
在本公开实施例中，将管道的失效频率当作管道的失效概率，在参考数量足够大的情况下才能够将失效频率当作失效概率。通过失效概率确定待测管道的安全的概率。
示例性地，也可以确定g(x)的数值小于或等于0的参考数据组合的组数(假设为c)，则c/b就为待测管道的失效概率，1-c/b就为待测管道的安全的概率，即为待测管道的可靠性。
在本公开实施例中，计算出了待测管道的安全概率，然后根据所有g(x)的数值利用Matlab软件得到g(x)的概率分布函数，然后根据g(x)的概率分布函数的置信区间，确定该安全概率的可信度。如果计算出的待测管道的安全概率较高，但安全概率的可信度较低，说明该可靠性的判断的可信度不高，仍然需要开挖检验。
下面结合本公开的实现，以管道直径
Figure BDA0002498348680000131
管道壁厚18.4mm、管道材料为X80钢和焊接工艺为半自动焊的管道焊缝为例，确定运输管道的可靠性，假设通过内检测仪器确定的目标焊缝已经异常，则评价方法如下：
1、上述步骤S211-步骤S213确定得运输管道的状态函数，即公式(1)是通用的，可以直接使用。
2、使用内检测仪器确定目标焊缝的长度。
3、从数据库中回去参考管道的管道材料强度和焊缝特性等参考数据。
4、通过Matlab软件对参考数据进行分析，分别得到材料强度概率分布函数、焊缝强度概率分布函数、焊缝韧性概率分布函数和焊缝深度概率分布函数，并通过K-S检验获得每种参数的最佳概率分布函数，确定概率分布函数的均值和标准差。
示例性地，得到材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度的概率分布函数如下：
1)焊缝长度服从对数正态分布，均值为49.92，标准偏差为53.63，分布参数分别为3.46和0.93；
2)焊缝高度服从对数正态分布，均值为3.28，标准偏差为1.95，分布参数分别为1.03和0.58；
3)焊缝韧性服从正态分布，均值为0.14，标准差为0.05；
4)焊缝强度服从正态分布，均值为772.93，标准差为52.57；
5)材料屈服强度服从正态分布，均值为600，标准差为30。
6、采用Matlab软件的随机函数分别选取多个材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度的数据进行组合得到多个参考数据组合的总组合数为109。
7、将参考数据组合和目标焊缝长度代入公式(1)中，计算g(x)的数值，确定待测管道的可靠性，以及该可靠性的可信度，根据可靠性和可信度确定是否开挖检测。
计算得到管道的失效概率为9.98×10-5，可信度为0.9999002。即该管道失效的概率很低，且可信度较高。可以不作开外验证。
上述步骤4-7称为蒙塔卡罗(英文：Monte Carlo)方法，通过Monte Carlo方法随机采样生成样本，得出环焊缝异常的失效概率和安全运行的可信度。最终实现了在不需要开挖检测的情况下，对内检测环焊缝异常缺陷的可靠性评价，并根据不同的焊缝异常情况和安全概率制定差异性、分级管理措施。
下面结合图3对失效概率的详细计算过程进行说明。图3是本公开实施例提供的一种运输管道失效概率计算方法的流程图。参见图3，该方法包括：
步骤S31：输入准备。该步骤S31可以包括：
确定待测管道的目标焊缝长度；
比较目标焊缝长度与规定长度的大小；
当目标焊缝长度超过规定长度时，执行步骤S321；
当目标焊缝长度未超过规定长度时，结束该流程。
步骤S321：确定运输管道的状态函数g(x)；该状态函数g(x)为上述公式(1)。
步骤S322：确定材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度的概率分布函数f(x)。
步骤S33：设置样本的取样次数n；其中n≥108，记此时为第0次抽样，j＝0。
步骤S34：令j＝j+1。
步骤S35：由概率密度函数f(x)产生随机样本点xi；从材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度的概率分布函数分别选取材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度的数据任意组合并结合目标焊缝长度形成随机样本点xi。
步骤S36：将样本xi代入状态函数g(x)中，计算g(xi)的数值。
步骤S37：当g(xi)≤0时，说明待测管道失效。
步骤S38：记录失效次数。
步骤S39：对比抽样次数j与n的大小；当抽样次数等于n时，停止取样，执行步骤S310：根据失效次数和取样次数计算失效概率。
当取样次数小于n时，在返回步骤S34，令j＝j+1，依次执行步骤S35至步骤S38，直至抽样次数等于n，停止取样，再执行步骤S310：根据失效次数和取样次数计算失效概率。
图4是本公开实施例提供的一种运输管道可靠性评价装置的框图。参见图4，运输管道可靠性评价装置包括：
函数建立模块101，被配置为基于数据库中的运输管道的管道材料强度和焊缝特性，建立运输管道的状态函数，焊缝特性包括焊缝强度、焊缝韧性、焊缝深度和焊缝长度，状态函数用于表示运输管道的可靠性与管道材料强度及焊缝特性间的关系。
第一确定模块102，被配置为确定待测管道的目标焊缝长度，目标焊缝长度是通过内检测仪器伸入待测管道中测得的。
第一获取模块103，被配置为获取多个参考管道的多组参考参数，每组参考参数包括同一个参考管道的管道材料强度和焊缝特性，多个参考管道的管道材料和焊接工艺分别与待测管道的管道材料和焊接工艺相同。
函数计算模块104，被配置为对多组参考参数中的管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度分别进行概率分布计算，得到参考管道的材料强度概率分布函数、参考管道的焊缝强度概率分布函数、参考管道的焊缝韧性概率分布函数和参考管道的焊缝深度概率分布函数。
第二选取模块105，被配置为在参考管道的材料强度概率分布函数、参考管道的焊缝强度概率分布函数、参考管道的焊缝韧性概率分布函数和参考管道的焊缝深度概率分布函数的基础上，采用随机函数分别任意选取管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度，形成多个参考数据组合，每个参考数据组合均包括选取的管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度。
第二确定模块106，被配置为基于目标焊缝长度、参考数据组合和状态函数确定待测管道的可靠性。
在本公开实施例中，函数建立模块101，被配置为获取数据库中的运输管道的管道材料强度和焊缝特性，运输管道的管道材料强度和焊缝特性均为曲面状态下的，曲面与所述运输管道的表面重合；将曲面状态下的焊缝特性转换为平面状态下的平面焊缝特性；基于管道材料强度、平面焊缝特性和运输管道的极限状态的方程建立运输管道的状态函数，极限状态为运输管道处于可靠或不可靠时的临界状态。
在本公开实施例中，第二选取模块105，被配置为采用矩阵实验室分别确定参考管道的材料强度概率分布函数、参考管道的焊缝强度概率分布函数、参考管道的焊缝韧性概率分布函数和参考管道的焊缝深度概率分布函数的均值和标准差；采用矩阵实验室中的随机函数，以及参考管道的材料强度概率分布函数、参考管道的焊缝强度概率分布函数、参考管道的焊缝韧性概率分布函数和参考管道的焊缝深度概率分布函数的均值和标准差，分别任意选取管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度，形成多个参考数据组合。
在本公开实施例中，第二确定模块106，被配置为以目标焊缝长度作为焊缝长度，分别采用多组参考数据组合计算状态函数的数值；基于参考数据组合的总组数和采用多组参考数据组合计算出的数值，确定待测管道的可靠性。
图5是本公开实施例提供的一种计算机设备的连接框图。参见图5，该计算机设备400可以为移动终端。参照图5，计算机设备400可以包括以下一个或多个组件：处理组件402，存储器404，电力组件406，多媒体组件408，音频组件410，输入/输出(I/O)的接口412，传感器组件414，以及通信组件416。
处理组件402通常控制计算机设备400的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理组件402可以包括一个或多个处理器420来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件402可以包括一个或多个模块，便于处理组件402和其他组件之间的交互。例如，处理组件402可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件408和处理组件402之间的交互。
存储器404被配置为存储各种类型的数据以支持在计算机设备400的操作。这些数据的示例包括用于在计算机设备400上操作的任何软件程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器404可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
电力组件406为计算机设备400的各种组件提供电力。电力组件406可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为计算机设备400生成、管理和分配电力相关联的组件。
多媒体组件408包括在计算机设备400和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器(LCD)和触摸面板(TP)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。
在一些实施例中，多媒体组件408包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当计算机设备400处于操作模式，如拍摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。
音频组件410被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件410包括一个麦克风(MIC)，当计算机设备400处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器404或经由通信组件416发送。在一些实施例中，音频组件410还包括一个扬声器，用于输出音频信号。
I/O接口412为处理组件402和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。
传感器组件414包括一个或多个传感器，用于为计算机设备400提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件414可以检测到计算机设备400的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如组件为计算机设备400的显示器和小键盘，传感器组件414还可以检测计算机设备400或计算机设备400一个组件的位置改变，用户与计算机设备400接触的存在或不存在，计算机设备400方位或加速/减速和计算机设备400的温度变化。传感器组件414可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件414还可以包括光传感器，如CMOS或CCD图像传感器，用于在成像软件中使用。
通信组件416被配置为便于计算机设备400和其他设备之间无线方式的通信。在本公开实施例中，通信组件416可以接入基于通信标准的无线网络，如2G、3G、4G、5G或6G，或它们的组合，从而实现物理下行控制信令检测。在一个示例性实施例中，通信组件416经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。可选地，通信组件416还包括NFC模组。
在示例性实施例中，计算机设备400可以被一个或多个软件专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述运输管道可靠性评价方法。
在示例性实施例中，还提供了一种包括指令的非临时性计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器404，上述指令可由计算机设备400的处理器420执行上述运输管道可靠性评价方法。例如，非临时性计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种运输管道可靠性评价方法，其特征在于，所述方法包括：
基于数据库中的运输管道的管道材料强度和焊缝特性，建立所述运输管道的状态函数，所述焊缝特性包括焊缝强度、焊缝韧性、焊缝深度和焊缝长度，所述状态函数用于表示所述运输管道的可靠性与管道材料强度及焊缝特性间的关系；
确定待测管道的目标焊缝长度，所述目标焊缝长度是通过内检测仪器伸入所述待测管道中测得的；
获取多个参考管道的多组参考参数，每组所述参考参数包括同一个参考管道的管道材料强度和焊缝特性，所述多个参考管道的管道材料和焊接工艺分别与所述待测管道的管道材料和焊接工艺相同；
对所述多组参考参数中的管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度分别进行概率分布计算，得到所述参考管道的材料强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝韧性概率分布函数和所述参考管道的焊缝深度概率分布函数；
在所述参考管道的材料强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝韧性概率分布函数和所述参考管道的焊缝深度概率分布函数的基础上，采用随机函数分别任意选取管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度，形成多个参考数据组合，每个所述参考数据组合均包括选取的管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度；
基于所述目标焊缝长度、所述参考数据组合和所述状态函数确定所述待测管道的可靠性。
2.根据权利要求1所述的运输管道可靠性评价方法，其特征在于，所述基于数据库中的运输管道的管道材料强度和焊缝特性，建立所述运输管道的状态函数，包括：
获取所述数据库中的运输管道的管道材料强度和焊缝特性，所述运输管道的管道材料强度和焊缝特性均为曲面状态下的，所述曲面与所述运输管道的表面重合；
将曲面状态下的所述焊缝特性转换为平面状态下的平面焊缝特性；
基于所述管道材料强度、所述平面焊缝特性和所述运输管道的极限状态的方程建立所述运输管道的状态函数，所述极限状态为所述运输管道处于可靠或不可靠时的临界状态。
3.根据权利要求2所述的运输管道可靠性评价方法，其特征在于，所述将曲面状态下的所述焊缝特性转换为平面状态下的平面焊缝特性，包括：
根据BS7910标准将曲面状态下的所述运输管道的焊缝特性转换为平面状态下的平面焊缝特性。
4.根据权利要求1至3任一项所述的运输管道可靠性评价方法，其特征在于，所述方法还包括：
采用以下的所述内检测仪器中的至少一种检测所述目标焊缝长度：
射线检测仪器、超声检测仪器、相控阵超声检测仪器和超声延时衍射检测仪器。
5.根据权利要求1至3任一项所述的运输管道可靠性评价方法，其特征在于，所述在所述参考管道的材料强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝韧性概率分布函数和所述参考管道的焊缝深度概率分布函数的基础上，采用随机函数分别任意选取管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度，形成多个参考数据组合，包括：
采用矩阵实验室分别确定所述参考管道的材料强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝韧性概率分布函数和所述参考管道的焊缝深度概率分布函数的均值和标准差；
采用所述矩阵实验室中的随机函数，以及所述参考管道的材料强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝韧性概率分布函数和所述参考管道的焊缝深度概率分布函数的均值和标准差，分别任意选取管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度，形成多个参考数据组合。
6.根据权利要求5所述的运输管道可靠性评价方法，其特征在于，所述参考数据组合的数量不低于108。
7.根据权利要求1至3任一项所述的运输管道可靠性评价方法，其特征在于，所述基于所述目标焊缝长度、所述参考数据组合和所述状态函数确定所述待测管道的可靠性，包括：
以所述目标焊缝长度作为焊缝长度，分别采用多组所述参考数据组合计算所述状态函数的数值；
基于所述参考数据组合的总组数和采用多组所述参考数据组合计算出的数值，确定所述待测管道的可靠性。
8.一种运输管道可靠性评价装置，其特征在于，所述运输管道可靠性评价装置包括：
函数建立模块，被配置为基于数据库中的运输管道的管道材料强度和焊缝特性，建立所述运输管道的状态函数，所述焊缝特性包括焊缝强度、焊缝韧性、焊缝深度和焊缝长度，所述状态函数用于表示所述运输管道的可靠性与管道材料强度及焊缝特性间的关系；
第一确定模块，被配置为确定待测管道的目标焊缝长度，所述目标焊缝长度是通过内检测仪器伸入所述待测管道中测得的；
第一获取模块，被配置为获取多个参考管道的多组参考参数，每组所述参考参数包括同一个参考管道的管道材料强度和焊缝特性，所述多个参考管道的管道材料和焊接工艺分别与所述待测管道的管道材料和焊接工艺相同；
函数计算模块，被配置为对所述多组参考参数中的管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度分别进行概率分布计算，得到所述参考管道的材料强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝韧性概率分布函数和所述参考管道的焊缝深度概率分布函数；
第二选取模块，被配置为在所述参考管道的材料强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝强度概率分布函数、所述参考管道的焊缝韧性概率分布函数和所述参考管道的焊缝深度概率分布函数的基础上，采用随机函数分别任意选取管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度，形成多个参考数据组合，每个所述参考数据组合均包括选取的管道材料强度、焊缝强度、焊缝韧性和焊缝深度；
第二确定模块，被配置为基于所述目标焊缝长度、所述参考数据组合和所述状态函数确定所述待测管道的可靠性。
9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行权利要求1至7任一项所述的运输管道可靠性评价方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现如权利要求1至7任一所述的运输管道可靠性评价方法。
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