儲(chǔ)油罐的腐蝕趨勢(shì)預(yù)測(cè)和可靠度建模的研究

關(guān)于儲(chǔ)油罐的可靠性分析，國(guó)內(nèi)外的諸多科研人員在此處均有涉及，但是幾乎都關(guān)注的是其初始幾何缺陷對(duì)儲(chǔ)油罐可靠性的影響，且還缺少相應(yīng)的可靠性分析，而關(guān)注物理缺陷對(duì)儲(chǔ)油罐可靠性影響的科研人員更是寥寥無(wú)幾 。在我國(guó)，儲(chǔ)油罐的管理落后又粗放，致使許多在油田服役的儲(chǔ)油罐都帶病運(yùn)行，管理人員未及時(shí)做到發(fā)現(xiàn)缺陷，將隱患消除，致使油田的安全性受到了極大的威脅，為此，我們迫切地需要掌握儲(chǔ)油罐的腐蝕規(guī)律，運(yùn)用多方面數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)儲(chǔ)油罐的可靠性。

一、儲(chǔ)油罐的失效分析以及腐蝕分布建模

我國(guó)大大小小的各類(lèi)儲(chǔ)油罐有數(shù)十萬(wàn)臺(tái)，儲(chǔ)油罐在原油生產(chǎn)中起到凈化和存儲(chǔ)的功能，由于原油中含有大量的硫、氧、氮等化合物，在儲(chǔ)油罐工作期間這些化合物將會(huì)對(duì)儲(chǔ)油罐產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。隨著原油存儲(chǔ)量的降低，致使開(kāi)采出的原油均含有特別多的水，還伴有泥沙和氯化物等有害物質(zhì)，這些物質(zhì)也加速了儲(chǔ)油罐的腐蝕。所以，在儲(chǔ)油罐的多次事故中，由于腐蝕原因引起的事故占絕大部分。其中，罐頂與罐壁上部的腐蝕為氣相腐蝕，一般腐蝕程度嚴(yán)重，經(jīng)常以大面積的麻點(diǎn)狀腐蝕坑來(lái)呈現(xiàn)，致使罐頂?shù)挚沽档?。罐底與底層圈板的腐蝕是罐內(nèi)腐蝕比較嚴(yán)重的部位，一般以潰瘍狀的坑點(diǎn)呈現(xiàn)，易導(dǎo)致儲(chǔ)油罐穿孔的發(fā)生和儲(chǔ)油罐強(qiáng)度的減弱。儲(chǔ)油罐儲(chǔ)油部分的腐蝕一般程度較輕，分布均勻。在對(duì)儲(chǔ)油罐的腐蝕數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)，局部采用廣義極值分布的方法，用異常數(shù)檢驗(yàn)法，模型分布擬合優(yōu)度檢驗(yàn)法等檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?，然后根?jù)儲(chǔ)油罐各部分的檢測(cè)的數(shù)據(jù)，對(duì)搭建的模型進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，經(jīng)過(guò)分析，我們將會(huì)發(fā)現(xiàn)，采用廣義極值分布的方法將較于傳統(tǒng)方法，可以更好地?cái)M合罐頂與罐底最大的深度統(tǒng)計(jì)規(guī)律，便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

二、基于概率型模型的儲(chǔ)油罐腐蝕趨勢(shì)的預(yù)測(cè)及局部腐蝕的儲(chǔ)油罐強(qiáng)度分析

準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)儲(chǔ)油罐的腐蝕趨勢(shì)是解決儲(chǔ)油罐可靠性問(wèn)題的關(guān)鍵，因?yàn)槠涓g機(jī)理復(fù)雜而腐蝕因素又多，難以準(zhǔn)確的獲取其腐蝕速度與深度，傳統(tǒng)的概率模型樣本都是離散值，都忽略了可能加載在樣本上的噪聲，誤差便會(huì)隨著累計(jì)增加，故我們需要通過(guò)多點(diǎn)采樣來(lái)構(gòu)建概率模型，建立儲(chǔ)油罐腐蝕的概率預(yù)測(cè)模型，同時(shí)對(duì)儲(chǔ)油罐的腐蝕預(yù)測(cè)進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，提高預(yù)測(cè)精度，以確保方法的可行性，經(jīng)過(guò)例證，運(yùn)用概率預(yù)測(cè)模型，不難得到以下規(guī)律：腐蝕的速率和腐蝕的深度隨儲(chǔ)油罐服役時(shí)間的增長(zhǎng)而增大。

對(duì)于存在局部腐蝕缺陷的研究，只是對(duì)腐蝕凹坑應(yīng)力的評(píng)價(jià)，主要考慮的是凹坑的深度，并沒(méi)有考慮到凹坑直徑的大小對(duì)應(yīng)力的影響，根本無(wú)法對(duì)大小不同的凹坑所造成的儲(chǔ)油罐強(qiáng)度改變做出準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，所以，需要利用有限元法對(duì)含有凹坑的儲(chǔ)油罐進(jìn)行建模，對(duì)不同尺寸和深度的凹坑進(jìn)行強(qiáng)度分析，分析多種類(lèi)型凹坑的處有關(guān)的有限元模型的應(yīng)力結(jié)果，建立罐壁局部凹坑應(yīng)力集中系數(shù)計(jì)算模型就顯得尤為重要，建立模型后，利用該計(jì)算模型對(duì)多凹坑之間的應(yīng)力干涉情況進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?，并?duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到腐蝕凹坑的應(yīng)力集中系數(shù)與凹坑深度及直徑的非線(xiàn)性關(guān)系，在對(duì)多凹坑進(jìn)行應(yīng)力情況分析時(shí)，我們可以得到以下結(jié)果：如果儲(chǔ)油罐壁環(huán)向兩凹坑的邊緣距離小于兩倍的凹坑的直徑，軸向兩凹坑的邊緣距離小于一倍的凹坑直徑時(shí)，可將兩凹坑合并作為一個(gè)凹坑來(lái)評(píng)定。

三、儲(chǔ)油罐可靠度建模與驗(yàn)證

目前，諸多專(zhuān)家學(xué)者對(duì)儲(chǔ)油罐有關(guān)的可靠度分析的研究主要集中在某一部分，某一時(shí)刻的可靠性計(jì)算上，缺少連續(xù)的可靠性跟蹤分析。故我們需要針對(duì)儲(chǔ)油罐主要的失效方式，分析各種影響罐壁強(qiáng)度，穩(wěn)定和腐蝕穿孔的因素，根據(jù)可靠性理論，建立面向儲(chǔ)油罐工作過(guò)程的強(qiáng)度，穩(wěn)定度，腐蝕深度的隨時(shí)間變化的可靠性模型及系統(tǒng)隨時(shí)間變化的可靠度模型。在建模過(guò)程中，我們首先要根據(jù)強(qiáng)度，穩(wěn)定度，深度建立儲(chǔ)油罐的各個(gè)組成部分的架構(gòu)抗力衰減模型，然后根據(jù)儲(chǔ)油罐歷年測(cè)量資料建立強(qiáng)度，穩(wěn)定度和腐蝕深度的可靠度模型，隨著時(shí)間的推移，對(duì)儲(chǔ)油罐個(gè)各個(gè)組成部分進(jìn)行可靠度的分析，最后在綜合考慮各主要失效模式的基礎(chǔ)之上，在考慮各失效模式的相互作用之上，建立儲(chǔ)油罐的系統(tǒng)可靠度分析，分析儲(chǔ)油罐隨服役時(shí)間變化，其可靠度的變化情況，并將此結(jié)果運(yùn)用到儲(chǔ)油罐實(shí)際性周期維護(hù)工作中。

四、結(jié)語(yǔ)

對(duì)儲(chǔ)油罐可靠性的準(zhǔn)確評(píng)估是保證油田原油安全的重要前提，必須透徹理解儲(chǔ)油罐的具體結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行環(huán)境，只有將先進(jìn)的檢測(cè)手段以及評(píng)估方法與實(shí)際相結(jié)合，才可準(zhǔn)確把握儲(chǔ)油罐的健康問(wèn)題。本文主要以歷史儲(chǔ)油罐腐蝕檢測(cè)數(shù)據(jù)及維修維護(hù)數(shù)據(jù)為樣本，通過(guò)數(shù)理計(jì)算分別建立用以降低預(yù)測(cè)歷史測(cè)量數(shù)據(jù)誤差的概率型預(yù)測(cè)趨勢(shì)模型和能反應(yīng)腐蝕凹坑對(duì)罐壁強(qiáng)度影響的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)可靠度模型，并對(duì)其加以實(shí)例進(jìn)行分析與驗(yàn)證。從而為儲(chǔ)油罐的檢修周期提供強(qiáng)有力的科學(xué)理論依據(jù)。（作者單位為中國(guó)石油遼寧銷(xiāo)售公司 ）