基于海底管道腐蚀的检查方法外文翻译资料

 2022-11-04 04:11

基于海底管道腐蚀的检查方法

摘要

海底项目的风险评估程序是设计和维护检查工作的关键组成部分,因为运行时间可能会对邻近的海底设备造成老化损害。特别是对于海底管道管理工作,管道腐蚀可能会影响到大量的海底管道系统,除非实施适当的管理方法,否则可能导致重大的环境和财务风险。因此,本文基于腐蚀油管道的时变腐蚀模型和爆破强度,提出了基于故障点POF)和腐蚀管道的爆裂强度(COF)估计的风险。腐蚀缺陷的概率以POF计算,POF是海底工业中测量数据的时变模型,COF被认为是腐蚀管道的爆破强度。使用调节设计代码进行管线结果建模,以模拟管道强度并计算概率。所提出的方法为管理系统的设计和检查/维护计划方面提供了一个标准化的程序,从而为以前提供的基于风险的检查提供了一个更系统,更全面的程序。

介绍

目前,大多数海上平台均采用风险评估和管理来设计,以减少和减轻可能的风险。风险评估和管理技术已经发展成熟,已经建立在海上平台的顶层系统上。海底项目的可靠性和风险评估是设计,维护和检查工作的关键组成部分,因为运行时间可能导致相邻海底设备的老化和损坏。

海底管线用于海底油气资源开发的一些目的。如图所示。流线系统可以是单管道管道系统,管道管道系统或捆绑系统。通常,海底流线一词用于描述从井口到立管脚承载石油和天然气产品的海底管道。提升管连接到处理设施。

特别是对于海底管道工程,管道腐蚀可能会影响到大量的海底管道系统,导致重大的环境和财务风险,除非实施了适当的管理方法。因此,必须确保管道始终在安全和受控的环境中运行。

表1海上管道失效机理分配

故障机制

分布(%)

腐蚀

36

材料

13

外部负载造成损坏

38

结构损伤

2

其余

11

石油天然气管道系统的腐蚀现象是今天石油工业的一个严重问题。上述报告(表1)表明,海上管道失效机理的分配与损害密切相关由腐蚀和外部负载引起。

海上石油和天然气生产系统中的许多子系统,包括瓦斯和石油管道可能会发生腐蚀问题。被认为是管道金属材料最重要的降解因素之一,也是维护管道完整性的重中之重。此外,在设计管道时,必须认真考虑耐腐蚀性。以前的研究已经评估了对包括天然气管道和海上结构在内的许多结构的腐蚀损伤评估的重要性,并对其数学模型进行了评估。

已经进行了许多研究以使用确定性或可行性方法来预测管道故障的剩余强度能力。Sharma(2007)讨论了管道完整性监管要求,以及如何最佳地实施管道系统的可靠性,可持续盈利能力和法规遵从性。这些规定并不是专为海底管道而设计的。尽管采用这些常用的设计标准,但预测已被认为是保守的(Belachew等人,2009),导致管道从服务中过早地消除,或管道的容量被低估。

由于这些模型基于产生不太准确评估的各种假设和简化,监管设计规范并不完全能够预测管道的能力(2007)。可能需要先进的评估方法,例如有限元分析来克服这些问题(2014)。然而,使用经验模型来评估爆破强度能力,用于简单验证研究。

腐蚀的评估本质上是概率性的,具有复杂的不确定性(Mohd,2013)。由于爆破强度能力的降低导致的管道故障使得操作者难以维持管道的完整性。因此,管道的可服务性倾向于通过基于风险和基于可靠性的适应性服务(FFS)评估进行评估。通常,对于基于风险和可靠性的管道腐蚀缺陷的FSFS评估,进行风险评估以确定管道目标可靠性。然后,利用结构可靠性分析方法,通过比较管道保压压力与流量来评估管道的适用性最大允许操作压力(MAOP)。此外,基于风险的检验(RBI)规划是基于概率风险分析建立检验策略的可能方法之一,其中检查工作侧重于可能降低风险的因素。RBI提供了一个很好的工具来评估特定降解机制的后果和组件失效的可能性,并开发可有效降低相关风险失效的检测方法.RB仍然是发展技术。美国石油学会(APIRP580,2013; APIRP1160,2013),(DNV,2009,2010a,2010b)和美国航运局(ABS,2003)自1990年以来开发了RBI方法。市场上提供了各种RBI方法; 每个人都有自己的优点和缺点。

然而,管道系统的设计参数和壁厚存在不确定性,应在设计中考虑,FFS评估和RBI规划。海底管线的RBP和基于可靠性的设计涉及所有随机变量的不确定度测量。具有不确定性,并提供决策支持,应确定不确定性类别。因此,不确定性可以分为三类:(a)未知或变化参数不确定性的结果(b)模型的不确定性源自任何模型都是虚拟的事实(c)完整性的不确定性,因为并不是所有的风险贡献都得到了解决。考虑到不确定因素,通过各种概率方法和风险分析的专家意见。

在当前工业实践中,基于风险和可靠性的FFS研究的主要目标是估计管道现有风险,确定每个管道段的目标可靠性,并确定上次检查时管道的压力容纳能力。这种方法可用于确定和预测设计的剩余寿命或当前MAOP的剩余寿命等因素。但是,难以准确预测检验计划时间,包括运行时间内的风险级别。因此,本文重新考虑了基于失败概率(POF)和风险的风险腐蚀缺陷的概率由POF估计,时间变化的腐蚀模型和破裂强度的故障(COF)估计是以海底工业测量数据为基础的时变模型,COF被认为是腐蚀管道的爆裂强度。使用调节设计代码进行管线结果建模,以模拟管道强度并计算概率。

所提出的方法提供了一个标准化程序,用于整合管道系统的设计和检查/维护计划方面,从而为以前提供的基于风险的检查提供了一个更系统,更全面的程序。

2. 检验规划方法

2.1基于风险的检测计划方法

本文提出的方法中的步骤如图2所示。风险和FFS方法用于评估管道是否符合安全要求和/或标准。根据验收标准和安全等级,与管道管理相关的风险表可以定义为:

2.2方法的细节

2.2.1海底腐蚀管道数据采集

腐蚀可以定义为由金属与其环境之间的化学或电化学反应引起的金属变质。金属腐蚀的倾向取决于给定的环境和金属类型。准确预测腐蚀结构可靠性设计和鉴定标准的腐蚀缺陷模型很重要。

一般来说,船舶和海上结构的温和合金钢有几种腐蚀缺陷模型。对于海洋管道,内部腐蚀是一个主要问题,与船舶和海上结构略有不同。在海底管道中,各种类型的内部腐蚀可以分为围绕焊缝腐蚀,围绕整个周围的大量普通腐蚀以及大约六点钟位置处的长期高原腐蚀。外部腐蚀是通常认为是局部的,覆盖管的不规则区域,并且在保护涂层失效后趋于形成长沟槽图案。

因此,用于数据收集的腐蚀缺陷模型包括通过厚度剖面测量的缺陷的适当表征,以及初步筛选阶段来决定是否需要详细分析。例如,单个孤立缺陷基于由缺陷的最大可测量特征尺寸定义的关键轮廓,以及正确校准的安全性和不确定因素,以考虑评估和厚度测量的不确定性。

管道内部点腐蚀的理想视图的示意图如图1所示。腐蚀缺陷模型可以通过三个参数,腐蚀长度(L),腐蚀宽度(W)和管壁厚度(t)来确定。

图1 海底管道

点腐蚀是最严重的腐蚀类型,因为它可能会对腐蚀管道的风险等级造成危害,例如管道泄漏。因此,在本文提出的方法中,点蚀可作为海底腐蚀管线数据采集的关键型腐蚀缺陷。

2.2.2制定风险标准

一般验收标准规定了人类安全,环境和经济风险的可接受限度。验收标准符合活动的定义安全目标。

在基于风险的检查过程中,风险承担准则也需要预先建立,以便与风险分析结果进行比较,并协助决策。验收标准是降低风险的目标,有助于保持对海底管道完整性的信心。 一般来说,验收标准可能是根据以往经验,设计规范要求,由各监管机构,设计规范和运营商开发。国家立法或风险分析。风险可以通过定量风险接受标准来制定,基于失败后果和POF如表2所示。

海底系统的事故可能与人员,环境或生产能力因素有关。风险随着事件概率或事件后果的增加而增加。或者,可以使用DNV-OS-F101(第2节)中给出的结构故障概率要求作为验收标准,在这种情况下不需要进行后果评估,只需要建立故障概率。每个管道给出这个标准,并应单独对待几条管道。

结果的失败应与损害评估结合起来导出故障概率。给出了整个管道的故障概率,因此管道的长度不能确定总的故障概率的海底管道。

2.2.3失效的可能性

管道故障通常采取泄漏的形式,这是一个引发事件导致严重后果。 POF被估计为在管道组件中操作的不同类型的退化机制的故障频率。一般来说故障频率是根据腐蚀,侵蚀,外部冲击等不同的损伤原因计算的。报告的最关键的损伤是腐蚀,如表1所示。因此,本文提出的方法使用腐蚀缺陷计算海底管道的POF。

可以使用历史数据库直接分析POF的计算,并间接使用风险模型。直接数据库方法的最明显的优点是它的方便,由于使用真实的历史数据。可靠性分析用于计算故障概率和主要可靠性计算方法是分析方法,嵌入法和蒙特卡罗随机模拟方法。

在本文中,收集了每个管道的腐蚀测量数据,并进行了相关的统计分析。假设腐蚀破坏的可能性(坑深,宽度和长度)是独立启动腐蚀取样事件中频率为N的随机事件,腐蚀损伤可以表示为每年的时间和相对频率的函数。此外,腐蚀损伤的相对频率分布可以表示为概率密度函数。假设一些输入参数是随机变量在较长时间内具有正态分布函数,在N次独立采样中将发生腐蚀m次,并且可以通过改变概率密度函数来表示管道腐蚀的失效概率。

2.2.4失效的结果

一般来说,COF可以表示为受影响的人数,财产损失的数量,受影响的溢出区域的范围,停电时间,任务延迟,金钱损失或任何其他量化风险的负面影响的措施。它通常分为三类安全,经济和环境后果。要分析的因素包括事故场景,负载,系统和相关设备的响应。

由于爆破强度能力下降导致的严重海底管道故障使操作员难以维护和检查管道完整性。 提出在破裂强度能力方面,有缺陷的海底管道性能被认为是COF。这意味着爆破强度能力直接影响COF因素,如财产损失,溢出程度等。

在这项研究中,使用经验评估爆破强度的能力。管道运营商使用经验设计代码,例如ASME B31G,PCORRC,DNV-RP-F101和Shell 92进行评估。然而,众所周知,这些设计规范包含简化和假设,导致不太准确的评估(Ohet al,2007)。因此,有必要采用先进的评估方法,如有限元法,以克服这些问题。因此,使用非线性有限元软件进行数值分析的爆破压力评估预测。

然后根据计算具有腐蚀缺陷的爆破压力的结果建议后果的分级水平。

2.2.5风险评估

风险评估用于评估管道系统的完整性,以采取行动避免管道故障的后果。事故可能与人员,环境或生产能力有关。风险随着事件的可能性/概率或事件的影响而增加。一般来说,风险呈现可以表示为风险矩阵,具有由于失败后果和概率导致的风险接受标准。

风险=失败的概率(POF)times;失效的后果(COF)

在本文中,时变腐蚀海底管线的风险评估表示为POF的腐蚀概率,COF的爆破压力水平形成风险矩阵。然后,开发的风险矩阵的分布可用于预测海底管线寿命的基于风险的检查计划时间。

2.3考虑不确定性

不确定性可以归类为不确定性,认知不确定性或模型不确定性。古代不确定性是数量的自然随机性或自然变异性,例如不同时间的风或波浪载荷的变化。认知不确定性是由于数量有限的信息,如有限数量的试验而产生的不确定性。认识不确定性还指不确定性的测量方法,例如使用错误的仪器或由于人为错误导致数据不正确。为目的的可靠性分析,重要的是产生足够的数量数据,并改进用于测量数量的方法。模型不确定度通常用于与负载或容量相关的随机变量。模型的不确定性是由于这些变量的数学模型的缺陷,如概率分布函数的选择或概率分布参数的不完全估计。

我们的方法涉及POF和COF的计算中的认识论和模型不确定性。例如,具有根据突发压力确定COF的测量腐蚀数据的数学模型可能是不确定性的根源。这种不确定性可能通过灵敏度分析来克服。灵敏度分析是在最终风险呈现方面可能会影响结果的情况下,用于评估输入数据中不确定性影响的大小的适当技术。

然而,本文的主要目的是重新考虑基于POF和COF对腐蚀油管线时变腐蚀模型和爆破强度的估计的风险。提出的确定和扩展POF,COF的方法和风险矩阵(具有检查时间)提供了比以前可用的基于风险的检查更系统,更全面的程序。进一步的研究工作将考虑具有不确定性的风险评估。

3方法的应用

3.1石油管道腐蚀

给出了1996年安装的海底石油出口管道的基于风险的检验计划方法的一个例子。表3显示了目标管道的一般信息,2011年腐蚀缺陷的检查结果。

表3 有关目标管道的一般信息。

管道数据

管道类型

原油管道运行

尺寸(mm)

323.8

室壁厚度(mm)

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