Frechet分布的海底油气管道腐蚀预测

发布时间:2017-09-22 11:16来源:admin 0 点击收藏

海底管线是海洋油气运输工程的生命线。在役海底管道,常受到各种荷载的作用及海洋环境的影响,导致海底管道失效的概率增加,这不仅会造成巨大的经济损失和资源浪费,同时,泄漏物还会造成严重的生态污染。

研究最大腐蚀深度能够反映出整条管道的腐蚀状况,以此预测出的管道腐蚀状况更加科学。

海底油气管道最大腐蚀深度预测模型

在管道腐蚀中占较大比例的是点蚀,而在发生点蚀的情况下,管道的可靠性不取决于蚀坑平均深度,而取决于最大蚀坑深度。

 

1.腐蚀海底管道的极值分布

在研究极值的统计规律时,多数人选用较为保守的Gumbel分布,但综合许多学者的研究报告发现海底管道点蚀最大值的概率分布符合极值Ⅱ型分布(Frechet分布),其分布函数为:                   1.png

   由于海洋环境的限制,测量管道上的所有腐蚀点,从而找出最大的点腐蚀深度不现实。统计学中,小样本与大样本之间存在相似性,因此,采用概率统计方法分析处理获得的检测数据,计算整条管道的最大腐蚀深度,预测管道寿命。

2.参数估计

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3.腐蚀海底油气管道最大腐蚀深度预测

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海底油气管道腐蚀预测模型

 

1.马尔可夫链模型

 

马尔可夫链是一种特殊类型的随机过程,其在海底油气管道腐蚀状况预测模型应用中特征是:管道的下一个状态只与当前状态有关,而与过去的状态完全无关。

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2.管道腐蚀状况评价标准与转移矩阵

为了应用马尔可夫链模型预测海底油气管道腐蚀状况,需要确定管道腐蚀状态。依据SY/T 6151-2009《钢质管道管体腐蚀损伤评价方法》的规定,管道腐蚀程度划分情况如表1所示。

当海底管道原始壁厚确定之后,其最大腐蚀深度评价标准具体数值即能确定,如表2所示。

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实证分析

 

1.模型验证

根据获取检测数据,绘制如图1。从图1中可以看出,局部腐蚀管道中所获取的最大腐蚀深度值与y存在近似线性关系,这也正说明了海底管道最大腐蚀深度服从Frechet分布。

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图1 最大腐蚀深度概率

 

2.管壁最大腐蚀深度预测

 

近年来对该管道进行了6次常规检测,根据检测结果得出管壁的最大腐蚀深度见表3

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应用Frechet极值分布建立管道最大腐蚀深度预测模型,然后用马尔科夫链蒙特卡罗(MCMC)方法估计参数,通过模型预测出可能的最大腐蚀深度。

 

基于MCMC方法来估计腐蚀海底油气管道最大腐蚀深度预测模型的参数,如图a—图c所示。

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由图a—图c所示获得参数的Gibbs迭代轨迹和迭代历史基本趋于稳定, 认为迭代已经收敛。参数估计见表4

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根据图表的信息表明,通过MCMC方法得到的模型参数值是比较精确的。根据Frechet极值分布预测模型的管壁最大腐蚀深度预测结果,并结合管壁腐蚀损伤评价标准对管壁的腐蚀状态进行划分,管壁腐蚀状态的划分结果见表5

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3.管壁腐蚀最大状态概率预测

为了寻求腐蚀海底油气管道的管壁腐蚀状态随时间的发展变化规律,建立管壁腐蚀状态转移矩阵。确定转移矩阵P为:

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4.管道腐蚀状况预测

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通过表6的预测结果可以看出,腐蚀管道进入状态3以后,极有可能经过一定时间就达到状态5,而由状态3转化到状态4的时间可能不到1年,即少于预测的间隔时间。由此可以得出结论,在该管道运行到第10年时,就需要更换新管。因此,采用马尔可夫链,预测腐蚀海底油气管道腐蚀状况更具可靠性,并且能够确定出合理的管线维修或更换时间。

 

结论

 

(1)长期腐蚀的最大点蚀深度的统计规律最符合Frechet分布,所以可用于预测海底油气管道的最大腐蚀深度。

 

(2)根据Frechet分布预测的最大腐蚀深度,钢管腐蚀损伤评价方法结合马尔科夫链模型预测管道腐蚀状况,根据管体腐蚀损伤评价标准,将最大腐蚀深度进行划分,确定为5个腐蚀状态。

 

依据这5个腐蚀状态,构造马尔可夫链预测模型中转移概率矩阵。以原始状态数据作为初始状态,应用马尔可夫链模型进行预测的结果表明,管壁腐蚀进入重级别以后,在预测间隔时间1年以内有可能越过严重级别达到穿孔级别。这为及时准确地掌握管道腐蚀发展趋势提供理论依据,为管道的进一步维护、维修、采取安全对策措施或更换新管提供参考依据。


转载自:骆正山,原文查看请点击:Frechet分布的海底油气管道腐蚀预测

标签:油气管道,腐蚀
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