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摘 要：针对Φ273mm×6（7）mm输油管道建成时间不长，管道腐蚀却很严重，腐蚀发展速率非常高的情况，利用此管道历年来的近千个腐蚀大修缺陷尺寸数据，统计出管线的腐蚀速率分布，建立了腐蚀速率概率分布的模型，并对模型进行了验证，发现腐蚀速率服从正态分布N（0.3968，0.1412）。利用腐蚀剩余强度评价确定的极限缺陷尺寸数据，在可靠性理论的基础上对Φ273mm×6（7）mm输油管道的腐蚀剩余寿命进行了预测，发现在低、中风险地段，管道使用5～6年后，需要检测和维修；在高风险地段，管道使用4～5年就需要检测和维修。建议应对此输油管道加强防腐，严把防腐质量关。
关键词：输油管道；腐蚀；预测；
中图分类号：TE832 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-09-00-02
前言
输油管道（Φ273mm×6（7）mm）于1988年8月开始建设，1989年9月一期工程建成投产，二期工程于1990年11月全部投入使用。管线采用钢级为X52的直缝钢管，设计最大输油量105×104t/a，最小输油量55×104t/a，设计工作压力6.28MPa，輸送介质温度低于80℃，设计寿命20a。管线实际运行温度为56℃，压力为5.0～5.8MPa，输油量为125～137m3/h。
此输油管道虽然建成时间不长，但由于管线周围环境恶劣，地形起伏多变，腐蚀现象十分严重。对管线大修挖开的部分管线进行统计，腐蚀的平均深度和最大深度分别为：1994年平均腐蚀深度为1.9mm，最深为3mm；1995年平均腐蚀深度为2.43mm，最深达5.0mm；1996年平均腐蚀深度为2.64mm，最深达4.0mm。1997年漏磁检测结果表明，深度在3 0mm以上的腐蚀点就有213处，可见管线腐蚀情况非常严重，对此管线进行腐蚀剩余寿命预测已迫在眉睫。
一、腐蚀剩余寿命预测思路
油气输送管道腐蚀剩余寿命预测是管道安全评价的重要组成部分，它直接关系到管道检测、维修和更换周期的确定。然而由于腐蚀剩余寿命预测工作中存在着许多不确定因素，包括环境、力学和材质状况等因素，都难以取得准确结果，尤其是实际工况条件下的缺陷发展规律很难确定，造成腐蚀剩余寿命预测工作相对于剩余强度评价难度增大，从目前研究状况来看也相对不成熟。例如在现行适用性评价标准CEGBR6[1]、PD6493[2]以及最新发布的AP1579草案[3]中，对寿命预测方法仅提供了简单的指导性作法，实际使用中可操作性差。因此，腐蚀剩余寿命预测一直是困扰管道评价人员的一大难题，发展较慢。
笔者利用此管道历年来近千个腐蚀大修缺陷尺寸数据（主要是腐蚀深度数据），统计出管线的腐蚀速率分布，并基于可靠性理论对Φ273mm×6（7）mm输油管道的腐蚀剩余寿命进行了预测。预测思路如图1所示。
二、腐蚀速率概率分布模型的建立
（一）腐蚀速率分布的统计。统计1994～1996年Φ273mm×6（7）mm输油管道大修时的近千个腐蚀缺陷深度数据，并除以相应的管道服役时间，得到腐蚀速率数据，画成图2所示的直方图。从图2可看出Φ273mm×6（7）mm输油管道缺陷的腐蚀速率位于0.3～0.5mm/a之间的最多，高于0.5mm/a和低于0.3mm/a的都逐渐减少。
（二）腐蚀速率概率分布模型的建立与验证。从图2可看出，Φ273mm×6（7）mm输油管道的腐蚀速率分布大致为一种正态分布，因此要对分布类型先提出假设，然后利用概率论知识进行验证。
（1）均值μ和方差σ2的计算 由极大似然估计法，可求出腐蚀速率为正态分布的均值μ和方差σ2，即
（2）腐蚀速率为正态分布的验证腐蚀速率分布的验证利用常用的χ2-检验法（非参数检验法的一种）。假设总体分布X～N（0.3968，0.0199），将频数太小的区间并入相邻的区间，共分成6个区间计算概率，所得结果见表1。
注：x为腐蚀速率；Ai为以腐蚀速率划分的区间；ni为处于Ai中的腐蚀速率频度（图2所示）；pi为根据X～N（0.3968，0.0199）分布确定的处于Ai中的腐蚀速率概率；n=894（腐蚀速率统计的总个数）。
取显著性水平α=0.05，查χ2-分布表，由费歇定理，知其自由度为6-2-1=3，χ2（3）=7.815，拒绝域应为[7.815，∞]，由于χ2的计算值为4.765，没有落入拒绝域，因此在水平α=0.05下，腐蚀速率服从正态分布N（0.3968，0.1412）。
三、极限缺陷尺寸的确定
Φ273mm×6（7）mm输油管道极限缺陷尺寸的计算利用API RP579[3]，取管道外径D=273mm，管道壁厚t取较小值6mm，屈服强度（σs）取三个试样的最小值394MPa，压力取实际运行压力的较高值5.8MPa，焊缝系数E取1.0[4]。为了简化分析，计算时将对管道剩余强度不敏感的缺陷轴向和周向尺寸固定，对应于现场缺陷开挖的实际情况，将缺陷轴向和周向尺寸取为两种情况，分别为400mm×300mm、1500mm×环向一周。由于不知道缺陷具体的厚度分布，为保守起见，假设为矩形分布。不考虑地区类别，按照100%屈服强度计算，所得极限缺陷尺寸（极限深度尺寸）的结果见表2。
四、腐蚀剩余寿命的预测
（一）可靠性寿命预测思路。随着管线服役年限的增加，腐蚀缺陷逐渐长大。根据可靠性理论[5]，通过对腐蚀缺陷尺寸和腐蚀发展规律的统计，可以给出管道腐蚀失效的概率统计分布规律，其思路如图3所示。其中图3a对应的是时间1的失效概率Pf，其值很小，随着时间的推移，发展到时间2，失效概率Pf为图3b中的相交区域，可以看出，随着时间越往后发展，失效概率Pf越大。若通过确定合适的可接受失效概率，就可对管道的剩余寿命预测，据此确定正确的管道检测和维修周期。
（二）管道随服役年限变化的失效概率分布。根据273mm×6（7）mm输油管道腐蚀速率的概率分布和腐蚀缺陷的极限尺寸，按照图3的思路，就可将管道的失效概率随服役时间变化的规律绘制成如图4所示的曲线。比较图4a与图4b，可发现两图具有某些共同点，即随着管道服役年限的增加，管道的失效概率逐渐增加，而且都有一个从小到大快速增长的转折点。因此，通过确定可接受的失效概率，根据图4就可以估计管道的剩余寿命，从而确定合适的检测周期和维修周期。另外，还可以看出即使缺陷的腐蚀区域变化较大，但是对使用年限相同的管道，失效概率却几乎没有改变。
（三）腐蚀剩余寿命的预测。参照APIRP579的思路，将管道经过的不同地段划分为低风险地段、中风险地段和高风险地段三种类型。这样不同地段管道可接受的失效概率可取为不同数值，见表3。
根据表3和图4，就可预测Φ273mm×6（7）mm输油管道的腐蚀剩余寿命，从而确定出管道维修和检测周期，结果见表4。
五、结论
（一）利用Φ273mm×6（7）mm输油管道历年来的腐蚀大修缺陷尺寸数据，统计出了管道腐蚀速率分布，发现腐蚀速率分布服从正态分布N（0.3968，0.1412）。
（二）通过确定不同风险地段管道可接受的失效概率，对Φ273mm×6（7）mm输油管道进行了可靠性腐蚀剩余寿命预测。发现在低、中风险地段，管道使用5～6年的时间，需要进行检测和维修；在高风险地段，管道经过4～5年的时间，就需要进行检测和维修。
（三）基于Φ273mm×6（7）mm输油管道高的腐蚀速率，应对此输油管道加强防腐，严格把好防腐质量关。
参考文献：
[1]《腐蚀控制手册》[美]A.G.奥斯特罗夫等著 石油工业出版社
[2]《管道防腐层检漏试验方法》
[3]《油气长输管线的安全可靠性分析》，方华灿，北京：石油工业出版社，2002.5
关键词：输油管道；腐蚀；预测；
中图分类号：TE832 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-09-00-02
前言
输油管道（Φ273mm×6（7）mm）于1988年8月开始建设，1989年9月一期工程建成投产，二期工程于1990年11月全部投入使用。管线采用钢级为X52的直缝钢管，设计最大输油量105×104t/a，最小输油量55×104t/a，设计工作压力6.28MPa，輸送介质温度低于80℃，设计寿命20a。管线实际运行温度为56℃，压力为5.0～5.8MPa，输油量为125～137m3/h。
此输油管道虽然建成时间不长，但由于管线周围环境恶劣，地形起伏多变，腐蚀现象十分严重。对管线大修挖开的部分管线进行统计，腐蚀的平均深度和最大深度分别为：1994年平均腐蚀深度为1.9mm，最深为3mm；1995年平均腐蚀深度为2.43mm，最深达5.0mm；1996年平均腐蚀深度为2.64mm，最深达4.0mm。1997年漏磁检测结果表明，深度在3 0mm以上的腐蚀点就有213处，可见管线腐蚀情况非常严重，对此管线进行腐蚀剩余寿命预测已迫在眉睫。
一、腐蚀剩余寿命预测思路
油气输送管道腐蚀剩余寿命预测是管道安全评价的重要组成部分，它直接关系到管道检测、维修和更换周期的确定。然而由于腐蚀剩余寿命预测工作中存在着许多不确定因素，包括环境、力学和材质状况等因素，都难以取得准确结果，尤其是实际工况条件下的缺陷发展规律很难确定，造成腐蚀剩余寿命预测工作相对于剩余强度评价难度增大，从目前研究状况来看也相对不成熟。例如在现行适用性评价标准CEGBR6[1]、PD6493[2]以及最新发布的AP1579草案[3]中，对寿命预测方法仅提供了简单的指导性作法，实际使用中可操作性差。因此，腐蚀剩余寿命预测一直是困扰管道评价人员的一大难题，发展较慢。
笔者利用此管道历年来近千个腐蚀大修缺陷尺寸数据（主要是腐蚀深度数据），统计出管线的腐蚀速率分布，并基于可靠性理论对Φ273mm×6（7）mm输油管道的腐蚀剩余寿命进行了预测。预测思路如图1所示。
二、腐蚀速率概率分布模型的建立
（一）腐蚀速率分布的统计。统计1994～1996年Φ273mm×6（7）mm输油管道大修时的近千个腐蚀缺陷深度数据，并除以相应的管道服役时间，得到腐蚀速率数据，画成图2所示的直方图。从图2可看出Φ273mm×6（7）mm输油管道缺陷的腐蚀速率位于0.3～0.5mm/a之间的最多，高于0.5mm/a和低于0.3mm/a的都逐渐减少。
（二）腐蚀速率概率分布模型的建立与验证。从图2可看出，Φ273mm×6（7）mm输油管道的腐蚀速率分布大致为一种正态分布，因此要对分布类型先提出假设，然后利用概率论知识进行验证。
（1）均值μ和方差σ2的计算 由极大似然估计法，可求出腐蚀速率为正态分布的均值μ和方差σ2，即
（2）腐蚀速率为正态分布的验证腐蚀速率分布的验证利用常用的χ2-检验法（非参数检验法的一种）。假设总体分布X～N（0.3968，0.0199），将频数太小的区间并入相邻的区间，共分成6个区间计算概率，所得结果见表1。
注：x为腐蚀速率；Ai为以腐蚀速率划分的区间；ni为处于Ai中的腐蚀速率频度（图2所示）；pi为根据X～N（0.3968，0.0199）分布确定的处于Ai中的腐蚀速率概率；n=894（腐蚀速率统计的总个数）。
取显著性水平α=0.05，查χ2-分布表，由费歇定理，知其自由度为6-2-1=3，χ2（3）=7.815，拒绝域应为[7.815，∞]，由于χ2的计算值为4.765，没有落入拒绝域，因此在水平α=0.05下，腐蚀速率服从正态分布N（0.3968，0.1412）。
三、极限缺陷尺寸的确定
Φ273mm×6（7）mm输油管道极限缺陷尺寸的计算利用API RP579[3]，取管道外径D=273mm，管道壁厚t取较小值6mm，屈服强度（σs）取三个试样的最小值394MPa，压力取实际运行压力的较高值5.8MPa，焊缝系数E取1.0[4]。为了简化分析，计算时将对管道剩余强度不敏感的缺陷轴向和周向尺寸固定，对应于现场缺陷开挖的实际情况，将缺陷轴向和周向尺寸取为两种情况，分别为400mm×300mm、1500mm×环向一周。由于不知道缺陷具体的厚度分布，为保守起见，假设为矩形分布。不考虑地区类别，按照100%屈服强度计算，所得极限缺陷尺寸（极限深度尺寸）的结果见表2。
四、腐蚀剩余寿命的预测
（一）可靠性寿命预测思路。随着管线服役年限的增加，腐蚀缺陷逐渐长大。根据可靠性理论[5]，通过对腐蚀缺陷尺寸和腐蚀发展规律的统计，可以给出管道腐蚀失效的概率统计分布规律，其思路如图3所示。其中图3a对应的是时间1的失效概率Pf，其值很小，随着时间的推移，发展到时间2，失效概率Pf为图3b中的相交区域，可以看出，随着时间越往后发展，失效概率Pf越大。若通过确定合适的可接受失效概率，就可对管道的剩余寿命预测，据此确定正确的管道检测和维修周期。
（二）管道随服役年限变化的失效概率分布。根据273mm×6（7）mm输油管道腐蚀速率的概率分布和腐蚀缺陷的极限尺寸，按照图3的思路，就可将管道的失效概率随服役时间变化的规律绘制成如图4所示的曲线。比较图4a与图4b，可发现两图具有某些共同点，即随着管道服役年限的增加，管道的失效概率逐渐增加，而且都有一个从小到大快速增长的转折点。因此，通过确定可接受的失效概率，根据图4就可以估计管道的剩余寿命，从而确定合适的检测周期和维修周期。另外，还可以看出即使缺陷的腐蚀区域变化较大，但是对使用年限相同的管道，失效概率却几乎没有改变。
（三）腐蚀剩余寿命的预测。参照APIRP579的思路，将管道经过的不同地段划分为低风险地段、中风险地段和高风险地段三种类型。这样不同地段管道可接受的失效概率可取为不同数值，见表3。
根据表3和图4，就可预测Φ273mm×6（7）mm输油管道的腐蚀剩余寿命，从而确定出管道维修和检测周期，结果见表4。
五、结论
（一）利用Φ273mm×6（7）mm输油管道历年来的腐蚀大修缺陷尺寸数据，统计出了管道腐蚀速率分布，发现腐蚀速率分布服从正态分布N（0.3968，0.1412）。
（二）通过确定不同风险地段管道可接受的失效概率，对Φ273mm×6（7）mm输油管道进行了可靠性腐蚀剩余寿命预测。发现在低、中风险地段，管道使用5～6年的时间，需要进行检测和维修；在高风险地段，管道经过4～5年的时间，就需要进行检测和维修。
（三）基于Φ273mm×6（7）mm输油管道高的腐蚀速率，应对此输油管道加强防腐，严格把好防腐质量关。
参考文献：
[1]《腐蚀控制手册》[美]A.G.奥斯特罗夫等著 石油工业出版社
[2]《管道防腐层检漏试验方法》
[3]《油气长输管线的安全可靠性分析》，方华灿，北京：石油工业出版社，2002.5