一种新颖的双矩形简化方法，用于提高具有不规则腐蚀缺陷的天然气管道的爆裂压力预测精度

《Ocean Engineering》：A novel double-rectangle simplification method for enhanced burst pressure prediction of natural gas pipelines with irregular corrosion defects

管道腐蚀缺陷破裂压力预测研究提出双矩形简化方法，通过有限元分析验证其可靠性（最大相对误差<4%），并创新性地将等效矩形方法应用于DNV RP-F101公式改进，建立高精度预测方程。参数分析表明缺陷深度主导破裂压力，宽度及相对位置影响可忽略。最终形成包含绝对腐蚀深度和矩形深度比参数的通用预测模型，为复杂腐蚀管道安全评估提供有效工具。

　　在当今社会，随着对能源需求的不断增长，天然气作为重要的清洁能源，其输送系统的安全性和可靠性显得尤为重要。天然气管道运输因其高效、安全等优势，成为主要的输送方式之一。然而，管道在长期运行过程中，受到多种环境因素的影响，例如土壤中的水分、微生物活动以及化学物质的侵蚀等，这些都会导致管道出现腐蚀缺陷。其中，不规则的腐蚀缺陷由于其复杂的几何形态，给管道爆裂压力的预测带来了极大的挑战。为了确保天然气输送的安全，有必要对这类缺陷进行深入研究，以提高管道完整性评估的准确性。

当前，对于不规则腐蚀缺陷的处理，研究人员主要依赖于一些简化模型，如矩形模型、抛物线模型以及混合模型。然而，这些传统方法在面对复杂的几何形态时往往表现出一定的局限性。例如，将不规则缺陷简化为恒定深度的模型，可能导致爆裂压力的预测值偏低，从而影响评估结果的可靠性。因此，有必要开发新的简化方法，以更准确地描述不规则缺陷的形态特征，并提高爆裂压力预测的精度。

本文提出了一种创新的双矩形简化方法，该方法能够有效表征不规则缺陷，并通过有限元分析（FEA）验证了其可靠性。研究表明，该方法在预测爆裂压力时，其相对误差低于4%，相较于实验数据表现出较高的准确性。此外，本文还开发了一种等效矩形方法，将标准的双矩形缺陷转化为单矩形等效模型，从而简化了预测过程。通过将这一方法与DNV RP-F101公式相结合，研究人员推导出了一种改进的预测方程，该方程在预测具有双矩形缺陷且腐蚀比低于0.7的管道爆裂压力时，相对误差控制在5%以内，表现出良好的适用性。

为了进一步提高预测的准确性，本文还进行了参数研究，分析了不同参数对爆裂压力的影响。研究发现，缺陷深度是影响爆裂压力的主要因素，而缺陷宽度和相对位置对爆裂压力的影响则相对较小。基于这一发现，研究人员提出了一种通用的预测公式，该公式综合考虑了绝对腐蚀深度和较大矩形的深度比，从而能够更全面地描述不规则缺陷的几何特性，并提高预测的可靠性。这一改进的模型不仅提升了预测的准确性，还为复杂腐蚀几何形态的管道完整性评估提供了一个更加稳健和实用的工具。

在实际工程应用中，管道的完整性评估是确保其安全运行的关键环节。传统的评估方法往往难以处理不规则缺陷带来的不确定性，因此，开发一种能够有效表征这些缺陷并准确预测爆裂压力的方法具有重要的现实意义。本文提出的双矩形简化方法和等效矩形方法，不仅克服了传统简化方法的局限性，还为后续研究提供了新的思路和方向。通过将这些方法与现有的预测公式相结合，研究人员能够更精确地评估管道在不同缺陷形态下的安全性能，从而为管道维护和修复提供科学依据。

此外，本文还强调了在进行管道完整性评估时，需要全面考虑几何参数的影响。例如，缺陷的深度分布、轴向长度特征以及环向定位等参数，都会对爆裂压力产生重要影响。因此，在实际应用中，除了采用简化的几何模型外，还需要对这些参数进行详细的分析和评估，以确保预测结果的准确性。这不仅有助于提高管道安全评估的可靠性，还能够减少因预测误差而导致的不必要的维护成本和潜在的安全风险。

在研究过程中，本文采用了多种方法，包括有限元分析、参数研究以及公式推导等。其中，有限元分析作为一种强大的数值模拟工具，能够精确地模拟管道在不同缺陷形态下的应力分布和失效模式。通过与实验数据的对比，研究人员验证了所提出方法的有效性，证明其在预测爆裂压力方面的优越性。同时，参数研究的结果也为改进预测公式提供了重要的理论支持，使研究人员能够更全面地理解缺陷参数对爆裂压力的影响机制。

总体而言，本文的研究成果对于提升天然气管道完整性评估的准确性具有重要意义。通过提出一种新的双矩形简化方法，研究人员不仅克服了传统方法在处理不规则缺陷时的不足，还为实际工程中的管道安全评估提供了新的解决方案。这一研究不仅有助于提高管道运行的安全性，还能够为相关行业提供科学依据，推动管道维护和修复技术的发展。未来，随着研究的深入和技术的进步，这一方法有望在更广泛的管道评估场景中得到应用，并为保障能源输送安全做出更大的贡献。