储油罐的腐蚀趋势预测和可靠度建模的研究

【摘要】：目前我国各大油田都有大量正在服役的储油罐,且大部分处在服役的中后期,由于储油罐管理的落后与粗放性,致使许多储油罐带病运行。管理人员不能很好地掌握储油罐的健康状况,在储油罐服役过程产生的缺陷很难被及时发现,所以对存在的事故隐患不能被及时地预报、评估与处理,给油田的安全生产带来严重的威胁。掌握储油罐的腐蚀规律,分析、评价和预测储油罐的可靠性,在发生灾难之前进行维修,为此本文对储油罐的腐蚀趋势预测和可靠度建模展开研究。首先分析储油罐的主要失效方式,然后建立储油罐腐蚀的统计分析模型,对储油罐腐蚀检测的大量数据进行统计分析。均匀腐蚀深度采用正态分布的分析方法;局部腐蚀深度采用极值统计的分析方法,采用广义极值分布作为其统计分析模型,对储油罐进行实例分析,该模型通过了拟合优度检验,并将该模型与传统模型进行对比分析,结果表明该模型能更好地拟合储油罐局部腐蚀的统计规律;同时对GEV分布模型中参数不便于计算的缺点进行了改进。针对储油罐腐蚀的复杂性与检测数据样本随机性强的特点,通过单次多点采样构建概率模型,建立含概率分布的GM(1,1)预测模型,利用该模型预测储油罐的腐蚀深度与速率,并对储油罐进行实例分析与验证,在模型建模、求解过程中,样本概率的逻辑运算量化了样本中的误差,从而使预测结果融合了原始样本的随机性,预测结果更为客观、准确。建立存在腐蚀凹坑的储油罐有限元模型,分别对存在不同尺寸和深度的凹坑应力分析,并对计算结果进行统计分析,得到凹坑应力集中系数与凹坑深度和直径的非线性关系式,通过验证表明应力集中系数拟合值接近有限元模拟值;同时将凹坑等效裂纹处理,计算凹坑的承载能力,并对两种计算方法的计算结果进行对比分析。此外,还分别对两凹坑之间及多个凹坑之间的应力干涉情况进行分析。考虑影响储油罐强度、稳定及局部腐蚀穿孔的各种因素,建立储油罐各组成部分的结构抗力衰减模型;基于储油罐历年的检测资料建立储油罐腐蚀深度的实时模型;根据可靠性理论,建立了强度、稳定及局部腐蚀深度的可靠度模型,利用改进的粒子群算法计算可靠性指标进而计算可靠度,对储油罐随服役时间的增长其各组成部分的可靠性进行分析。然后综合考虑各主要失效模式的基础上建立储油罐的系统可靠度模型,并对储油罐系统可靠性随服役时间的变化情况进行研究,分析的结果可为储油罐的安全运行提供决策支持。从不同角度对储油罐的检修周期进行研究:为保障储油罐运行的安全性,根据给定的可靠度确定检修周期;考虑储油罐运行的经济性,根据单位时间内费用最小的原则计算储油罐的检修周期;综合考虑储油罐的安全性与经济性,根据在给定可靠度下单位时间费用最小原则计算储油罐的检修周期;研究的结果为储油罐的视情维修提供理论依据。论文最后以胜利油田胜利工程设计咨询有限公司科技项目为应用背景,讨论相关技术的实际应用。为满足油田联合站设备管理的实际需求,设计开发基于Web的油田联合站设备完整性管理系统,详细说明系统体系结构的构成、数据模型与主要功能模块的设计过程,给出系统的运行实例,并分析总结系统的应用效果。