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基于风险的检测（RBI）在海底管道完整性管理中的应用

作　者: 何世亮
导　师: 白勇
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 海底管道基于风险的检测基于时间的失效模式基于事件的失效模式软件成果
分类号: P756.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

我国具有丰富的海洋石油资源,在海洋油气的开发中,海底管道作为海洋油田生产系统的生命线,其运行状况直接关系到海上油气田的安全生产。目前,国内许多老管道普遍存在着老化腐蚀等事故频发问题,严重影响着油气输送。因此,建立合理的检测机制及时预防管道的失效以保证管道的正常运行对我国海洋石油开发有着重要的意义。传统的海底管道检测计划是按照固定的时间对管道进行检测,这种检测具有被动性、盲目性以及无序性,而基于风险的检测是在风险分析的基础上制定检测计划,具有主动性、明确性及有序性,本论文主要讨论了基于风险的检测在海底管道中的应用。目前,国外已经针对海底管道开发出了基于风险检测的软件,例如挪威船级社(DNV)的"ORBIT+Pipeline"。但是在国内,基于风险的检测技术只是停留在理论分析上,真正能够形成技术力量以及成果的还未见报道。首先,本文对基于风险的检测原理进行了详细的说明,包括基本概念、实施步骤以及具体实施过程等。基于风险的检测实施步骤主要包含初步筛选、初始分析及详细分析。初步筛选主要是根据经验排除不相关的风险,确定潜在的失效模式,初始分析就是按照定性的分析方法对管道的每一种失效形式进行评估,最后的定量分析就是在定性分析的基础上,进一步对严重的失效形式进行量化分析,校核该失效形式能否造成管道破坏。在基于风险的检测每一个过程中,都必须对每一种失效形式进行失效概率以及失效后果的分析,这是该论文中最重要的一环。其次,论文针对海底管道基于时间的失效模式进行了系统的分析,包括内部腐蚀、外部腐蚀以及管线侵蚀,这三种退化机理造成的后果都是管壁的减薄,在定性分析中,主要是根据经验得到风险等级,然后根据风险矩阵确定检测时间。定量分析中,首先根据这三种失效模式的退化速度计算以后每年的缺陷数据,然后根据结构可靠性理论计算失效概率,将其与选定的目标可靠性指标对比,得到管线需要检测的具体时间。然后,论文针对海底管道基于事件的失效模式进行了完整的评估,包括管线悬跨梁分析、稳定性分析以及管线第三方破坏。海底管道基于偶然事件的失效形式,具有不可预测性,失效概率不随时间改变,在这种情况下,只有根据管线运行外部环境的参数入手,对导致管道失效的破坏形式进行概率分析,同时建立相关模型分析评估这些偶然事件是否能造成管线的失效。最后,论文进行了基于风险的检测软件编制,经过验证该软件已经被马来西亚国家石油公司接受,目前正在推广应用。本论文的理论成果及编制的软件对保证海底管道完整性,减少管道泄露事故发生有重要的现实意义。同时,笔者对基于风险的理论工作进行了展望,认为应该将该理论应用于不可检测的海底管道中更加有意义。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第1章绪论  12-18
  1.1 论文的研究背景和意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-15
    1.2.1 国外研究现状  13-14
    1.2.2 国内的研究现状  14-15
  1.3 问题的提出  15-16
  1.4 本文工作要点  16-18
第2章基于风险的检测理论  18-32
  2.1 RBI基本概念  18-19
  2.3 RBI主要步骤  19-21
    2.3.1 初步筛选  19-20
    2.3.2 初始分析  20
    2.3.3 详细分析  20-21
  2.4 RBI实施过程  21-30
    2.4.1 数据信息采集  23
    2.4.2 识别退化机理和失效模式  23-24
    2.4.3 失效的概率评估  24-25
    2.4.4 失效的后果评估  25-27
    2.4.5 风险标准制定  27-28
    2.4.6 风险识别,评价和管理  28
    2.4.7 制定检测计划  28-30
  2.5 RBI益处  30
  2.6 RBI关键要素  30-32
第3章 RBI在管道基于时间失效中的应用  32-58
  3.1 引言  32
  3.2 海底管道内腐蚀RBI分析  32-45
    3.2.1 管道内腐蚀定性分析RBI应用  32-35
    3.2.2 管道内腐蚀定量分析RBI应用  35-45
  3.3 海底管道外腐蚀RBI分析  45-48
    3.3.1 管道外腐蚀定性分析RBI应用  46-47
    3.3.2 管道外腐蚀定量分析RBI应用  47-48
  3.4 海底管道内侵蚀RBI分析  48-51
    3.4.1 管道侵蚀定性分析RBI应用  48-50
    3.4.2 管道侵蚀定量分析RBI应用  50-51
  3.5 管线基于时间失效的RBI算例  51-57
    3.5.1 海底管线内腐蚀RBI定性实例  51-52
    3.5.2 海底管线内腐蚀RBI定量实例  52-54
    3.5.3 海底管线外腐蚀RBI定性实例  54-56
    3.5.4 海底管线内侵蚀RBI定性实例  56-57
  3.6 本章小结  57-58
第4章 RBI在管线基于事件失效中的应用  58-82
  4.1 引言  58
  4.2 海底管道自由悬跨梁RBI分析  58-63
    4.1.1 定性分析  59-60
    4.1.2 定量分析  60-63
  4.3 海底管道稳定性RBI分析  63-66
    4.3.1 定性分析  64
    4.3.2 定量分析  64-66
  4.4 海底管道第三方破坏RBI评估  66-74
    4.4.1 拖网渔船碰撞分析  66-69
    4.4.2 管道抛锚冲击分析  69-74
  4.5 管线基于事件失效的RBI算例  74-81
    4.5.1 管道自由悬跨计算实例  74-76
    4.5.2 管道稳定性计算实例  76-78
    4.5.3 管道第三方破坏计算实例  78-81
  4.6 本章小结  81-82
第5章论文成果-RBI软件介绍  82-86
  5.1 论文成果  82
  5.2 RBI软件介绍  82-86
结论  86-88
参考文献  88-92
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  92-94
致谢  94-96
附录A: 海底管道RBI内腐蚀失效概率定量计算  96-98
附录B: 海底管道与拖网渔船碰撞频率计算  98-100
附录C: 海底管道与拖网渔船碰撞定量计算  100-102
附录D: 海底管道侧向稳定性定量计算  102-110
附录E: 海底管道抛锚定量计算  110-112

基于风险的检测（RBI）在海底管道完整性管理中的应用

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