第34卷第3期
OILANDGASTRANSPORTATIONANDSTORAGE|油气储运11
基于可靠性的天然气管道设计系数研究
王立航孙萍萍吴志遥郭昱王秋妍长江大学石油工程学院，湖北武汉430100
摘要：为研究在设计系数0.8下管道运行的安全性，对目前西气东输工程中使用最多的X80 管道建立板限状态方程，采用Monle-Carlo法对管道进行可靠性分析，并根据API579《Fitness-For-Service规定的目标可靠度来确定管道的极限输气压力并推算出设计系数。结果表明，当压力的变异系数为0.1时，只是将设计系数提高到0.8，管道运行的可靠度小于目标可靠度0.99；如果能减缓管道在输气期间的压力波动，当压力的变异系数减小为0.08时，可靠度才能达到目标可靠度规定的取值，管道能安全运行。最后计算出不同压力的变异系数下的设计系数，为以后的研究提供依据。
关键词：设计系数；极限状态方程；可靠性理论；Monte-Carlo法；目标可靠度 D0I:10. 3969 /j. issn. 1006 5539. 2016. 03. 003
0前言
天然气作为能源和化工原料，对经济可持续发展具有重要意义")。近十年是管道建设的高峰期(2)，对已建和正建的输气管道，在不影响安全运行的前提下，实现最大限度减小管道的建设成本以及提高管道的输送效率有两种方法：一是提高输气管道的设计系数，即减小管道运行的安全余量，最大限度发挥管道的工作能力；二是采用新型高钢级大口径管道3]。随着中国钢管制造工艺的不断发展，西气东输一线、二线、三线等重要天然气管道工程上已经大量运用了X70、X80等高钢级管线钢管[]。所以对已建的输气管道，提高设计系数是最可行的方法，因此研究管道设计系数具有重要的理论意义和工程应用价值，也是国内外专家学者一直研究的重要课题。加拿大于20世纪70年代就将设计系数0.8引人了管道设计规范：美国于20世纪90年代将一级地区的设计系数提高到了0.8并且在许多大型管道工程设计中已采用；根据GB50251-2015《输气管道设计规范》， 2015年中国将不经常有人活动及无永久性人员居住的一类一级地区的设计系数提高到了0.8。中国研究人员
敬了大量的实验和理论研究来证明将设计系数提高到 0.8的可能性(3-7)，主要采用的方法是100%SMYS管道水压试验；中国以外的国际学者则大多根据可靠性的分析方法来研究设计系数8-10]，由于管道材料、运行压力以及其他参数的不确定性，采用可靠性的分析方法更合理。本研究针对目前西气东输使用最广的X80管道建立极限状态方程，采用Monte-Carlo法对管道进行可靠性分析，并根据API579《Fitness-For-Service》规定的目标可靠度来确定管道的极限输气压力，从而得到设计系数可取的最大值。
可靠度计算原理
在管道运行过程中，受上下游供需量变化和停输再启动的影响，运行压力存在一定的波动；管材的力学性能不可能保持在某一特定数值，而是呈现出某种分散性：受检测工具精度影响，缺陷尺寸的表述值与实际值存在偏差。管道的运行压力、材料性能以及检测结果均存在不确定性["]。
引人可靠性原理目的是处理这些评价参数的不确
收稿日期：2015-12-01
基金项目：湖北省教育厅科学技术研究项目“提高输气管道设计系数的理论研究"（Q20151309）
作者篇介：王立航（1992－），男，湖北天门人，硕士研究生，主要研究方向为油气管道可靠性和安全分析。万方数据