油气输送管线可靠度反问题分析

第41卷第2期化工技术与开发Vol.41No.22012年2月Technology Developmentof ChemicalIndustry Feb.2012设备与自控油气输送管线可靠度反问题分析黄更平1,陈金梅2,金誉辉1L广西特种设备监督检验院，广西南宁530219;

2.广西工业职业技术学院，广西南宁530003摘要通过失效分析，建立压力管道的极限状态方程采用可靠度反分析法，在已知可靠度指标的情况下，分析了设计变量服从正态分布和非正态分布2种情况的随机可靠度反问题计算理论，并用改进的一次二阶矩法对其结果进行验证；求出压力管道的可靠度指标和可靠度，给出算例，并对结果进行分析分析结果表明，它具有较高的实用性和通用性关键词可靠度搦示；反问题；改进的一次二阶矩法中图分类号TQ

055.8文献标识码A文章编号1671-9905201202-0046-03压力管道主要用来输送原油、成品油、天然气、水、利用可靠性理论的改进一次二阶矩法即验算点法进煤气等各种物料的，在使用中由于物料本身的特性、材料各行求解步骤如下种缺陷的存在、材料老化等原因，可能引起燃爆和重大灾难1选择初值根据极限状态方程的各参数的均值赋予性较大的事故［1］因此，压力管道的可靠性问题是管道运初值；⑵输业的首要问题X=/JX常规压力管道可靠性设计计算中，通常采用正分析法，其中,一为*的均值且有ux二为，，电,,u;即在给定设计参数统计特性条件下，对管道进行可靠性分析2计算方向余弦但是，有些问题是在给定结构的目标可靠度指标的基础上，反算出结构所需的材料参数和集合参数可靠度反分析问题包括均值和标准差的确定、已知变异系数求均值、已知均值、标准差求变异系数等问题目前，国内已将可靠度反分析方3X*和可靠性指数B的关系式为法应用于桥梁和岩土工程等方面的研究［2〜31,但在管道参X-Xi

1.1改进的一次二阶矩法［4-5］一次的作为可靠性指数设结构的极限状态方程的表达式为7求零件的失效概率F为GX=01F=p-p尸1-

①u;6X=F1[OU2]7某天然气管线随机变量的概率分布、均值、标准差及这里函数F*是关于变量x:的累计密度分布函数，变异系数如表

1、表2所示，对其进行可靠度反问题分析

[8]

①*是标准正态分布函数表1壁厚8mm管线随机变量分布及验算点

2.2可靠度反分析方法随机变量分布类型均值标准差变异系数验算点所谓的可靠度反问题，就是已知结构的极限状态，需内压/MPa正态

4.

50.

450.

14.9845要确定设计参数，以达到在一定保证率下，结构的抗力不低屈服强度/MPa正态

423.

646.

5960.

11346.6269内半径/mm正态

70442.

240.

06730.6819于载荷效应因而问题可以看作是在指定可靠度指标的前提壁厚/mm正态

80.

160.

027.9663下，求解极限状态方程中影响结构的某些设计参数设极限状态方程GX处于变量无关的标准正太空间里，表2壁厚8mm管线随机变量分布及验算点随机变量u=u,ug是由满足特定分布的基本随机变量和待求当量变异标随机变量分布类型当量均值验算点准差系数的设计变量ug组成，而u和ue分别为x和经过当量正态内压/MPa对数正态

2.10,

230.

112.51434化以后的标准正态分布变量，在通常的情况下把的均值或屈服强度/MPa对数正态421,246,

3210.

11256.3835标准差作为待求的设计变量对于给定的目标可靠度指标B,内半径/mni对数正态

70242.

8220.

061749.8137则可靠度的反问题计算步骤可以表述为[6-7]:壁厚/mm对数正态

5.

60.

1120.

0215.5559已知目标可靠度指标B;待求的设计变量的均值或标准差；约束条件min||u||二解在内压作用下，管道破坏形式为屈服破坏，根据最大剪应力强度理论第三强度理论，材料的破坏由最大剪邛2和Gu=gx,O=O应力引起，其强度条件为首先将满足某种分布的随机变量x;,按照公式

6、7o=0g-o£o];9进行当量正态化，将其变为标准正态空间下的随机变量可【小看10靠度反问题求解正态分布的设计参数计算步骤如下式中g,a,一管道的周向应力和径向应力；⑴假设极限状态方程GX=gx,O,其中0为设计参数.一管道的当量应力；值，给定的可靠度指标为，并假设uk二

0.15,

0.16;迭代收敛精度为10,分别得到可靠度指标分别为B=

2.0798,

4.1601;对应的可靠度分经过

62、65次迭代，结果收敛至要求精度，迭代的终值分别别为

98.08%,

99.99%;验算点的迭代最终值见表3本文主

0.1094,

0.1256;3为其余随机变量的迭代如表所示要从下面两种情况对设计参数进行反分析为了检验计算精度，采用改进的一次二阶矩法对管线结果进1情况已知天然气管线的可靠度指标B=

2.0798,

4.行正分析，得到管线的可靠度指标分别为B=

2.0784,

4.1601;假定内压的变异系数为设计参数，其余参数如表

1、1593;对应的可靠度分别为

98.08%,

99.99%o表情况迭代结果31验算点分布类型迭代次数内压变异系数内压/MPa屈服强度/MPa内半径/mm壁厚/mm

14.

5000423.

6000704.

00008.

00000.1500正态

624.

9723345.

5780734.

32157.

86540.

109412.

1000421.

2000702.

00005.

60000.1600对数正态

652.

4958419.

5423746.

58205.

56730.12562:情况已知天然气管线的可靠度指标，示迭代最终值分别为

423.5945,

420.9458为了验证其精

4.1601;假定管道的屈服强度均值为设计参数，其余变量如表度，采用改进的一次二阶矩法对管线结果进行正分析，得到

1、表2所示利用可靠度反问题的求解方法计算屈服强度管线的可靠度指标为，

4.1587;对应的可靠度分别为

98.08%,均值，初始值分别为

426.7584,

423.0000;分别经过

54、63次

99.99%4迭代,结果收敛至要求精度，各随机变量的迭代结果如表所表情况迭代结果42验算点分布类型迭代次数屈服强度当量均值/MPa内压/MPa屈服强度/MPa内半径/nun壁厚/mm

14.

5000423.

6000704.

00008.

0000426.7584正态

544.

6579346.

72897.

9463714.

5428423.5945对数正态

12.

1000421.

2000702.

00005.

6000423.

0000632.

1945257.

4653738.

94565.

5672420.94584⑷赵事，蒋晓斌，高惠临,腐蚀管道的失效和剩余寿命预测结论方法[J].油气储运,2006,2512:28-

31.1以天然气管线为例进行可靠度反分析，并用一次二

[5]YANG Kun,ZHANG Xin.Fuzzy RandomReliability阶矩法进行验证，结果表明可靠度反分析法的计算精度较高，Analysis ofBlocky Rock-Mass inSlopes[J].China Univ.收敛速度较快；可靠度反分析法也适用于管道参数的计算ofMining Tech,2005,152:129-

134.⑹罗辉，杨仕教，喻清，等.断裂、基于FEMA-RSMQA的边2可靠度反分析法具有普遍意义，并有待于进一步研坡锚杆设计可靠性反问题研究同武汉理工大学学究，应用到其它设备参数的确定中报,2010,329:93-

96.参考文献⑺李早，赵树德.基于可靠性理论的岩土工程反分析设计[J].

[1]刘强，王树立，赵会军，等.原油顺序输送管道寿命的分西安建筑科技大学学报自然科学版,2006,38析研究[J].石油机械，2007,354:22-

24.2:159-

177.⑵沙丽新，石雪飞.斜拉桥主梁静力可靠性反问题分析

[8]董玉华，余大涛，高惠临.Monte-Carlo法计算含缺陷油气[J].哈尔滨工业大学学报,2004,362:258-

260.输送管线的失效概率同机械工程学报，2004,40

[3]马科，丁德馨.可靠度反问题分析方法在地下软岩工232:136-

140.下转第页程中的应用[J],工程建设与设计，2007,5:92-

94.第期夏明等费托合成制低碳烯燃铁基催化剂研究进展223DAvis.Carbon NanotubeDocking Stations:A New[35JR.A.Diffenbach andD.J.Fauth.The roleof pHin theConceptin CatalysisfJ].Catalysis Letters,2009,129performance ofprecipitated iron Fischer-Tropsch cata-lysts|J].Journal ofCatalysis.

1986.1002:466-

476.1-2:39-

45.

[32]Laszlo Guczi,G.Stefler,O.Geszti,Zs.Koppany,Z.l36JT.R.Motjope,H.T.Dlamini,G.R.Hearne andN.J.Coville.Konya,E.Molnar,M.Urban andI.Kiricsi.CO Applicationof insitu Mdssbauerspectroscopy tohydrogenationover cobaltand ironcatalysts supportedinvestigate theeffect ofprecipitating agentsonover multiwall carbonnanotubes:Effect ofpreparation precipitatedironFischer-Tropsch catalysts[J].Catalysis[J].Journal ofCatalysis.2006,2441:24-

32.Today,

2002.713-4:335-341刘化章，杨霞珍.一种合成气生产低碳烯燃的融铁催化

[33]万书宝，贺德福，孟锐，等.浸渍顺序对

[37]K-Fe/Silicalite-2剂及其制备与应用[P].CN

200910266683.1,催化剂合成气制低碳烯/仝性能的影响天然气化[J].2009-12-

31.工,2007,322:23-

25.孙予罕，李文怀，张侃，等.一种用于合成气制备低碳

[34]张敬畅，曹维良，陆江银.用碳化铁超微粒子催化齐

[38]烯燃的催化剂及制法和应用[P].CN合成反应催化性能的评价及反应条件的选择.[JF-T[J]

200710061507.8,2007-02-

07.石油化工，1996,255:311-

313.Research Advancesin MakingLight Olefinsfor Iron-basedFischer-Tropsch SynthesisCatalystsXIA Ming12,LI Jiang-bing

11.School ofChemistry andChemical Engineering,Shihezi University/Key Laboratoiyfor GreenProcessing ofChemical EngineringofXinjiangBingtuan,Shihezi832003,China;

2.Xinjiang ShiheziVocational and Technical College,Shihezi832003,ChinaAbstract:Recent advancesin iron-based Fischer-Tropsch synthesiscatalysts forlight olefinsformation werereviewed.Activephase,promoter andcarrier forcatalysts askey propertieswere highlighted.Effects ofpreparation conditionswereanalyzed.Finally,some outlooksto studyconversion ofsynthesis gasto light olefins werealso given.Key words:Fischer-Tropsch synthesis;syngas;lightolefins;iron-based catalyst上接第员48Reliability InverseAnalysis ofOil andGas PipelinesHUANGGeng-ping CHENJin-mei2JIN Yu-hui1】fl.Guangxi Institute of SpecialEquipment Supervisionand Inspection,Nanning530022,China;

2.Guangxi VocationalandTechnicalInstituteofIndustry,Nanning530003,ChinaAbstract:By analyzed the failureof pressurepipelinea,the limitstate equationwas built.Considering thecondition ofnormal andnon-normal distributionfor designvariables,the inverse problem calculationtheory ofstochastic reliabilitywas analyzedunder theobtainedreliability index.The resultsof thereliability inverseanalysis wereverified byadvanced firstorder secondmoment.Thereliability indexand reliabilityof pressurepipelines wereobtained,and anexample wasgiven.lt hadgreat practicabilityandcommonality byanalyzedtheresult.Key words:reliability index;inverseproblem;advanced firstorder secondmoment。