在役输气管道腐蚀剩余寿命预测技术研究

论文摘要

本文首先介绍了国内外管道腐蚀剩余寿命预测研究的成果和研究发展现状。通过对在役输气管道腐蚀因素的分析，总结出了长输管线腐蚀剩余寿命预测的特点。对现有的一些腐蚀剩余寿命预测方法进行分析比较，并进行了分类总结。 其次，根据管线失效的特点将腐蚀缺陷分为均匀腐蚀、局部腐蚀和点腐蚀三大类，建立了各腐蚀缺陷的几何形态模型。 然后，根据腐蚀影响因素的极大不确定性及缺陷的发生和发展的不确定性(特别是对点蚀)，从概率统计的角度出发对整条管线或整个管段的剩余寿命进行统计分析，找出其统计规律。 接着，以电化学理论为基础，对管线的土壤电化学腐蚀速率进行了讨论，建立了不同腐蚀类型的腐蚀速率电化学模型。通过对管道进行剩余强度评价，从三个方向对缺陷尺寸(即缺陷深度、轴向尺寸和环向尺寸)进行了校核，确定了缺陷的极限腐蚀尺寸。在腐蚀速率电化学模型和剩余强度评价的基础上，采用一定的预测步骤确定了不同腐蚀类型缺陷的剩余寿命。这种基于腐蚀速率的预测方法是本文研究的重点内容。 最后，考虑到金属的老化效应和管道表面的腐蚀损伤会导致管材脆变，从而改变材料的塑性，使机械性能参数发生衰退，故本文从累积损伤和管材性能衰减角度对管道剩余寿命进行了研究。分别建立了腐蚀管道剩余寿命的强度储备比模型和性能衰减模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题提出和研究意义
• 1.2 长输管线的失效原因分析
• 1.2.1 腐蚀
• 1.2.2 操作失误
• 1.2.3 机械损伤
• 1.2.4 焊缝缺陷
• 1.2.5 第三方破坏
• 1.3 腐蚀剩余寿命预测的研究现状
• 1.3.1 腐蚀寿命
• 1.3.2 机械损伤缺陷的疲劳评价
• 1.3.3 焊缝缺陷的疲劳评价
• 1.4 研究内容
• 1.5 技术路线
• 1.5.1 腐蚀管道的剩余寿命统计预测评价方法研究
• 1.5.2 埋地管线土壤腐蚀寿命的电化学机理模型研究
• 1.5.3 管道剩余寿命的性能储备模型研究
• 2 腐蚀剩余寿命预测综述
• 2.1 长输管线的腐蚀因素分析
• 2.2 腐蚀剩余寿命预测的研究方法
• 2.2.1 腐蚀剩余寿命预测研究的一般方法
• 2.2.2 长输管线腐蚀剩余寿命预测的特点
• 2.3 腐蚀剩余寿命预测方法
• 2.3.1 腐蚀剩余寿命的预测方法概述
• 2.3.2 腐蚀剩余寿命的预测方法分类
• 3 腐蚀剩余寿命预测技术概述
• 3.1 腐蚀缺陷的几何形状模型
• 3.1.1 腐蚀缺陷的分类
• 3.1.2 均匀腐蚀缺陷的几何形状模型
• 3.1.3 局部腐蚀缺陷的几何形状模型
• 3.1.4 点腐蚀缺陷的几何形状模型
• 3.2 腐蚀速率的确定方法
• 3.2.1 灰色理论预测腐蚀速率
• 3.2.2 挂片测定平均腐蚀速率
• 3.2.3 基于电化学的腐蚀速率预测
• 4 腐蚀剩余寿命概率统计预测方法
• 4.1 管道腐蚀程度的描述方法
• 4.1.1 均匀腐蚀
• 4.1.2 局部腐蚀
• 4.2 管道大面积腐蚀剩余寿命计算模型
• 4.2.1 均匀腐蚀
• 4.2.2 非均匀腐蚀
• 4.3 埋地管道外壁点蚀首次泄漏寿命的CSI模型
• 4.4 管道点蚀的首次泄漏寿命的极限点蚀率模型
• 4.4.1 管道首次泄漏时间（寿命）
• 4.4.2 管道的总泄漏次数
• 4.4.3 管线的年度泄漏次数
• 4.5 管道点蚀深度的统计规律
• 4.5.1 平均点蚀深度的统计测定方法
• 4.5.2 极限点蚀深度的统计规律
• 4.5.3 极限点蚀深度统计值与取样管段面积的关系
• 4.5.4 管道点蚀穿孔前寿命的统计规律
• 4.6 基于统计的腐蚀剩余寿命预测
• 4.6.1 腐蚀速率的概率统计
• 4.6.2 临界缺陷尺寸的确定
• 4.6.3 失效概率的计算
• 4.6.4 目标可靠度和可接受失效概率
• 5 管线土壤腐蚀速率的电化学模型
• 5.1 管对地的电化学势剖面
• 5.2 腐蚀速率的电化学模型
• 5.2.1 法拉第定律
• 5.2.2 均匀腐蚀速度的电化学模型
• 5.2.3 局部腐蚀速率的电化学模型
• 5.2.4 点腐蚀速率的电化学模型
• 6 腐蚀管道的腐蚀电位计算
• 6.1 管地电位差的构成
• 6.1.1 活化极化电位
• 6.1.2 浓差极化电位
• 6.1.3 电阻极化电位
• 6.2 极化电位的计算
• 7 腐蚀缺陷管道的寿命预测技术
• 7.1 管道缺陷的极限腐蚀尺寸
• 7.2 剩余强度的评价思想
• 7.2.1 腐蚀缺陷管道安全运行的可接受准则
• 7.2.2 缺陷深度的校核
• 7.2.3 缺陷轴向尺寸的校核
• 7.2.4 缺陷环向尺寸的校核
• 7.3 腐蚀管道剩余寿命预测的计算方法
• 7.3.1 求解问题
• 7.3.2 近似解析法
• 7.3.3 数值迭代法
• 7.4 剩余寿命预测所需的数据及其确定方法
• 7.4.1 腐蚀缺陷管段的几何尺寸及相关参数
• 7.4.2 缺陷管段的载荷形式和相关参数
• 7.4.3 腐蚀缺陷形态尺寸参数的测定
• 7.4.4 电化学腐蚀相关参数的确定
• 7.5 均匀腐蚀缺陷剩余寿命预测
• 7.6 局部腐蚀缺陷剩余寿命预测
• 7.7 点蚀缺陷剩余寿命预测
• 7.8 补救措施及在役监控
• 7.8.1 降低管道压力
• 7.8.2 衬里及涂层
• 7.8.3 在役监控
• 8 缺陷管道剩余寿命的性能储备模型
• 8.1 问题的提出
• 8.2 腐蚀管道剩余寿命的强度储备比模型
• 8.2.1 需提供的数据
• 8.2.2 管段的强度储备比和服役安全度
• 8.2.3 片腐蚀管道的剩余寿命计算
• 8.2.4 算例分析
• 8.3 腐蚀管道剩余寿命预测的性能衰减模型
• 8.3.1 模型建立
• 8.3.2 实验的基本方法
• 8.3.3 算例分析
• 9 剩余寿命预测程序说明
• 9.1 软件总体模块图
• 9.2 软件的安装
• 9.3 剩余寿命预测系统管理
• 9.4 腐蚀缺陷的寿命预测
• 9.4.1 均匀腐蚀的寿命预测
• 9.4.2 局部腐蚀、点腐蚀的寿命预测
• 9.4.3 据缺陷形状自动寿命预测
• 9.5 Rosen公司检测结果寿命预测
• 10 工程应用
• 10.1 资料来源及检测情况
• 10.1.1 资料来源
• 10.1.2 检测情况
• 10.2 基本数据资料
• 10.2.1 4号站设计及检测数据
• 10.2.2 9号站设计及检测数据
• 10.2.3 11号站设计及检测数据
• 10.2.4 电化学数据
• 10.2.5 其它数据
• 10.3 预测结果
• 11 结论
• 11.1 主要研究成果
• 11.2 今后的研究工作
• 参考文献
• 博士生期间的研究工作、学术活动和发表的学术论文
• 致谢
• 答辩委员会