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海底管线可靠性与风险评定软件 Pipeline-Risk V3.0
 

海底管线可靠性与风险评定软件 Pipeline-Risk V3.0 

海底管线长期在海洋复杂环境下工作,既要受到管外波流、海底冲刷淤积、滑移变迁等环境荷载和管内流体腐蚀、压力的作用,还要受到海上坠落物撞击、渔网拖拉等意外荷载的作用。有的管线出现悬空、平面位移、管体损伤等情况,与原始设计状态有很大差异但未得到重新校核;有的已接近其寿命期甚至延期服役,疲劳破坏和腐蚀的隐患没有得到及时评估,这些管线的隐患对环境和生产造成极大的威胁。所以,要评估现有海底油气管线能否继续使用,继续使用的风险能否可以接收,首先要了解管线当前真实状态,包括管线当前的运行参数、腐蚀和损伤、管线敷设后海床的变化、管线路由与设计的差别等情况,只有在管线当前真实状态下开展海底管线安全状态和剩余寿命评估,才能获得较为符合实际的结果。
通过对管线运行参数、腐蚀和损伤、管线敷设后海床的变化、管线路由与设计的差别等数据进行调查、收集、筛选和处理,并在此基础上,采用数据库技术、模块化设计,以权威评定规范与概率断裂力学和可靠性理论作为评定路线,结合海底管线的载荷特点、几何特点以及缺陷的类型和特点,充分考虑缺陷尺寸、工况载荷(操作压力、操作温度等)、断裂韧性和机械强度(屈服极限和强度极限)等计算参数,应用面向对象的编程语言VB作为软件的开发平台,完成了海底管线数据库分析系统的开发研究。软件能够对管线运行现状、检测、维修、防护提供高效方便的信息查询,同时对剩余寿命进行初步评估,使之形成一个开放的、智能的数据库分析系统。
1 软件开发的主要技术概要
由于该软件涉及大量的数据交换和查询,需要通过数据库进行管理。在Visual Basic中,常用的数据访问接口有下列三种:数据访问对象(DAO,Data Access Object)、远程数据对象(RDO,Remote Data Object)和ActiveX数据对象(ADO,ActiveX Data Object)。其中,ADO作为最新的数据库访问技术,它除了可以访问标准的关系数据库(如Access、Foxpro、SQL等),还可以访问邮件数据、Web上的文本或图形、目录服务等。其操作方式如下:连接到数据源;指定访问数据源的命令,同时可带变量参数或优化执行(通常涉及ADO的Command对象);执行命令(例如一个Select脚本,如果这个命令使数据按表中行的形式返回,则将这些行存储在易于检查、操作或更改的缓存中,适当情况下,可以把缓存行的更改内容写回数据库中,更新数据源);提供常规方法检测错误(错误通常由建立连接或执行命令造成),涉及ADO的Error对象。
根据需要,软件在对数据库操作时采用ADO方式,先使用数据库管理系统(Microsoft Access)建立好数据库和数据表结构,然后在程序中引用ADO对象与数据库中的表建立连接,再通过数据库感知DataGrid控件来进行数据库的各种操作。
2 软件应用
2.1 软件使用特点
(1)采用Windows窗体界面与目前流型软件接轨,美观大方,操作快捷方便;
(2)采用多文档界面;
(3)设置弹出式菜单和快捷图标按钮;
(4)软件的计算结果可用结果文档和图表两种形式得到形象化演示;
(5)程序提供容错性、可靠性措施;
(6)输出多渠道,屏幕、磁盘和打印机。
2.2 软件安装说明
将含有本系统的CD-ROM插入光驱,找到OILTDEAOP目录,单击Setup.exe图标。初始化后,系统进入安装环境,根据提示选择适当的安装路径,完成安装。
2.3 软件的运行环境
本软件能够在Win95、Win98、Win2000、XP和NT操作系统下运行,计算机硬件要求为:Pentium 90MHz或更高的处理器、Win95支持的VGA或分辨率更高的监视器、Win95/98下要求至少有24MB的内存,Win2000/NT 下要求32MB以上的内存。另外,在Win95下查看帮助文件时系统需要安装IE浏览器。当希望将评定案例数据导出为Office文档格式时,系统需要安装Microsoft Office办公软件。
3 软件的基本功能模块
含缺陷海底管线安全评定分析系统的主要模块有:海底管线材料数据库、断裂分析(静止裂纹)模块、寿命评估(扩展裂纹)模块、腐蚀海底管线剩余强度评价模块、海底管线风险评价模块、评定案例数据库和帮助等。
数据库分析系统的主要模块见图1所示。软件的启动界面与主界面分别见图2和图3所示。

埕岛油田海底管线数据库开发系统结构功能图
 
图2  OILTDEAOP的启动界面
图3  OILTDEAOP的操作主窗口
3.1 海底管线基本数据库
基本资料库主要包括海底管线用钢型号数据库和历史资料数据库,分别用于存储各种型号海底管线的性能参数(如几何尺寸、力学性能、连接性能、价格等)和海底管线的历史运行基本资料(海底管线损坏形式、海底管线腐蚀尺寸等),同时为用户提供了便捷的数据资料查询、添加、修改、删除等功能。藉此,用户可以根据技术更新和市场供应情况不断完善海底管线型号数据库,并根据运行情况补充海底管线历史资料库。图4和图5为海底管线资料数据库的操作和显示子窗体。
 
图4  海底管线数据库操作窗体
图5  海底管线数据库编辑窗体
7.3.2 海底管线剩余强度计算
采用B31G准则、改进的B31G准则、DNV2000、Battelle规范、Shell-92以及中华人民共和国海洋石油天然气行业标准等权威腐蚀管线剩余强度评估准则对海底管线进行安全评估,可根据分析结果对腐蚀海底管线作出正确的决策——继续服役或修复或更换。各评估准则的计算窗体分别见图6所示。
图6  改进的B31G准则计算窗体
7.3.3 海底管线裂纹缺陷断裂分析模块
含缺陷海底管道的断裂评估有必要应用分级评估方法,按使用复杂性增加、保守性减少的原则排列。
该模块应用GB/T 19624-2004的一级评定(筛选评定)、二级评定(常规评定)以及BS 7910二级评定和三级评定进行含缺陷海底管道的断裂评定。进行评定时,只需输入基本参数,程序便可自动进行缺陷规则化、应力线性化处理和评定点计算,并绘出失效评定图,可以直接读出评定点的坐标值和评定结论,结果形象、直观。
评定所需的基本数据如下:
(a)裂纹缺陷尺寸;
(b)材料抗拉强度 、屈服强度 、弹性模量E、泊松比 、应力强度因子 或断裂韧性
(c)应力,包括一次应力(膜应力 、弯曲应力 )和二次应力(焊接残余应力 、结构残余应力 、接缝错变应力 、流变应力 )。
海底管线裂纹缺陷断裂分析的具体评估过程见图7所示。
图7  “评定方法选择”窗体
3.4 海底管线寿命评估(扩展裂纹)模块
包括平面缺陷疲劳评定、体积缺陷疲劳评定、环境裂纹扩展。
(1)平面缺陷疲劳评定程序能够实现对海底管线低周疲劳破坏的快速评定。它采用目前应用比较广泛的断裂纹扩展分析法,通过疲劳裂纹扩展率(基于应力强度因子的Paris公式)来计算疲劳寿命。
(2)体积缺陷疲劳评定应用当前比较成熟的缺陷抗疲劳能力(S-N曲线)评定方法,适用于气孔、夹渣及浅咬边等体积型缺陷海底管线的疲劳评定。
(3)环境裂纹评定程序采用应力腐蚀评定方法,能够进行海底管线的均匀减薄无表面裂纹、局部减薄冲蚀腐蚀凹坑以及应力腐蚀裂纹等缺陷的安全评定。
海底管线寿命评估的具体过程见图8所示。
图8  寿命评估选择”窗体
3.5 海底管线风险评估模块
该模块能够采用国际上最广泛、最成熟的风险评估方法—专家评分法,对海底管线进行运行风险评估,从而实现海底管线的科学管理,明确薄弱环节,分别轻重缓急,掌握减少风险工作的最佳时机。
专家评分法进行海底管道风险评价的过程见图9所示。
图9  海底管线分段窗体
3.6 案例数据库操作
本软件内建有案例数据库,数据库为Acsess格式,用来储存使用本软件进行评定的记录,便于用户查看和输出。同时,软件自带有强大的数据库操作功能,能够对评定案例数据库进行操作。
案例数据库的操作过程见图10所示。
图10  连接到案例数据库之后的主窗体
 
4 含缺陷海底管道剩余强度评价模块
 

5 小结

基于海底管线缺陷安全评定、可靠性计算分析、风险评估和寿命预测等相关理论,综合采用动态数据库技术、基于数据查询的优化筛选技术和计算机图形学等技术开发的OILTDEAOP软件则为论文理论成果向工程应用的转化提供了一条便捷的途径。
(1)评价系统能够进行含缺陷海底管线的剩余强度及剩余寿命评定,诊断海底管线在某缺陷下的安全运行状况,确定海底管线在短期内需要采取缓和措施的区域,并进行预防性维修,延长其使用年限。
(2)工程计算实例表明,评价系统能够快速进行在役含缺陷海底管线的评定运算,并将结果进行可视化表达。同时,数据库技术在该系统中的应用,将大大提高含缺陷海底管线安全评价的效率和可靠性。
(3)OILTDEAOP具有友好、简洁的可视化启动、操作界面,易于现场工程人员掌握应用。
(4)OILTDEAOP具备开放的开发应用环境,用户可以根据技术水平的提高和现场情况的改变,方便地修改、添加相应的数据资料。
(5)具有标准的数据交换接口,从而实现了与其他软硬件之间的数据交换和传输。
 
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