一种海底管道的可延寿性评估方法、系统、设备及介质

技术领域

本发明属于海底管道寿命评估技术领域，特别涉及一种海底管道的可延寿性评估方法、系统、设备及介质。

背景技术

海底管道，作为海洋油气输送的基础设施，其设计寿命约为15-20年；对于工作年限接近或已超过设计使用寿命的海底管道一般称之为老龄海底油气管道，其由于老龄引发的结构退化问题日益突出，特别是投产较早的近海油气管道，现已严重影响服役的安全性；尽管老龄海底油气管道已到达或即将到达设计寿命，但在保证老龄海底油气管道安全运行的前提下，采用一定的策略延长其管道寿命，能够降低油气开发成本，产生显著的经济效益。

由于老龄海底油气管道与其周边环境构成了一个相互作用的复杂系统，相较于正常服役的海底管道，老龄海底油气管道具有更为明显的状态时变特性和较高的失效可能性；然而，已有的海底管道风险监测与管控理论及方法偏重静态、定性和局部研究，难以从系统角度揭示多因素耦合作用下老龄海底油气管道的状态演变和失效升级机制，其为老龄海底管道寿命管理带来极大的挑战和困难。

目前，ISO和DNV-RP等标准虽然提供了海上管道寿命延长评估的框架，但由于其通用性和局限性，无法充分考虑到影响海底管道结构完整性和运行剩余寿命的特定海底铺设环境，特别是在寿命延长决策中至关重要的动态海洋环境和管材腐蚀疲劳状态演化；因此，亟需构建一种针对老龄海底油气管道寿命管理评估方法，以分析不同管控策略对管道风险的消减效用，平衡延寿成本和收益，预测老龄海底油气管道的可延寿能力。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种海底管道的可延寿性评估方法、系统、设备及介质，以解决现有的海底管道寿命延长评估的框架，无法充分考虑到影响海底管道结构完整性和运行剩余寿命的特定海底铺设环境的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种海底管道的可延寿性评估方法，包括：

构建延寿决策动态指标体系；其中，所述延寿决策动态指标体系包括待评估海底管道的工艺型因素、动态结构退化因素、经济因素；获取工艺型因素的指标数据、动态结构退化因素的指标数据、经济因素的指标数据及当前管道腐蚀坑深；

根据所述工艺型因素的指标数据，利用海底管道腐蚀速率预测模型，计算得到若干时间切片下的腐蚀失效概率；根据所述当前管道腐蚀坑深，利用海底管道裂纹扩展速率预测模型，获得若干时间切片下的疲劳失效概率；

根据对应时间切片下的腐蚀失效概率及疲劳失效概率，利用腐蚀-疲劳耦合作用下的海底管道可靠性退化模型，获得腐蚀-疲劳耦合作用下的可靠性失效概率；根据所述腐蚀-疲劳耦合作用下的可靠性失效概率，得到待评估海底管道的可靠性退化曲线；根据所述待评估海底管道的可靠性退化曲线，确定待评估海底管道的可靠性评估结果；

根据所述动态结构退化因素的指标数据，利用海底管道风险失效概率模型，计算得到若干时间切片下的风险值；根据若干时间切片下的风险值，确定待评估海底管道的风险评估结果；

根据所述经济因素的指标数据，对待评估海底管道的成本效益比进行分析，计算得到若干时间切片下的经济收益；根据若干时间切片下的经济收益，确定待评估海底管道的经济收益评估结果；

其中，所述海底管道腐蚀速率预测模型、所述海底管道裂纹扩展速率预测模型、所述腐蚀-疲劳耦合作用下的海底管道可靠性退化模型及海底管道风险失效概率模型均基于动态贝叶斯网络构建得到。

进一步的，所述海底管道腐蚀速率预测模型的建立过程，具体如下：

将所述工艺型因素耦合到海底管道腐蚀速率预测模型中，得到更新后的海底管道腐蚀速率预测模型；

将所述更新后的海底管道腐蚀速率预测模型映射到动态贝叶斯网络的贝叶斯函数节点中，得到所述海底管道腐蚀速率预测模型。

进一步的，所述工艺型因素包括管内流速、硫化氢分压、二氧化碳分压、氯离子浓度、管内pH值以及管内温度。

进一步的，根据所述当前管道腐蚀坑深，利用海底管道裂纹扩展速率预测模型，获得若干时间切片下的疲劳失效概率的过程，具体如下：

将所述当前管道腐蚀坑深作为海底管道裂纹扩展速率预测模型的输入，计算得到时间坐标下的海底管道裂纹尺寸概率，进而得到海底管道裂纹尺寸概率曲线；

根据所述海底管道裂纹尺寸概率曲线，并结合环境荷载循环次数，构建裂纹扩展失效极限状态方程；

根据裂纹扩展失效极限状态方程，采用蒙特卡洛方法，计算得到若干时间切片下的疲劳失效概率。

进一步的，所述腐蚀-疲劳耦合作用下的海底管道可靠性退化模型通过所述海底管道腐蚀速率预测模型与所述海底管道裂纹扩展速率预测模型耦合得到。

进一步的，根据所述动态结构退化因素的指标数据，利用海底管道风险失效概率模型，计算得到若干时间切片下的风险值的过程，具体如下：

对所述动态结构退化因素进行辨识分级，得到动态结构退化因素的分级结果；其中，所述动态结构退化因素的分级结果包括初级影响因素A、间接影响因素M及直接影响因素X；

按照所述动态结构退化因素的分级结果，将所述动态结构退化因素映射到贝叶斯网络模型中，得到海底管道风险失效概率模型；其中，所述海底管道风险失效概率模型的每个节点划分有若干风险等级状态，且每个风险等级状态预设有风险发生概率；

将所述动态结构退化因素的指标数据输入至所述海底管道风险失效概率模型中，输出得到若干时间切片下的风险值。

进一步的，根据所述经济因素的指标数据，对待评估海底管道的成本效益比进行分析，计算得到若干时间切片下的经济收益的过程，具体如下：

根据所述待评估海底管道的可靠性评估结果及所述待评估海底管道的风险评估结果，确定待评估海底管道的最小运行剩余寿命；

根据所述待评估海底管道的最小运行剩余寿命，结合成本效益比计算模型，计算得到若干时间切片下的经济收益；

其中，所述成本效益比计算模型为：

其中，BCR

本发明还提供了一种海底管道的可延寿性评估系统，包括：

指标体系模块，用于构建延寿决策动态指标体系；其中，所述延寿决策动态指标体系包括待评估海底管道的工艺型因素、动态结构退化因素、经济因素；获取工艺型因素的指标数据、动态结构退化因素的指标数据、经济因素的指标数据及当前管道腐蚀坑深；

可靠性评估模块，用于根据所述工艺型因素的指标数据，利用海底管道腐蚀速率预测模型，计算得到若干时间切片下的腐蚀失效概率；根据所述当前管道腐蚀坑深，利用海底管道裂纹扩展速率预测模型，获得若干时间切片下的疲劳失效概率；根据对应时间切片下的腐蚀失效概率及疲劳失效概率，利用腐蚀-疲劳耦合作用下的海底管道可靠性退化模型，获得腐蚀-疲劳耦合作用下的可靠性失效概率；根据所述腐蚀-疲劳耦合作用下的可靠性失效概率，得到待评估海底管道的可靠性退化曲线；根据所述待评估海底管道的可靠性退化曲线，确定待评估海底管道的可靠性评估结果；

风险评估模块，用于根据所述动态结构退化因素的指标数据，利用海底管道风险失效概率模型，计算得到若干时间切片下的风险值；根据若干时间切片下的风险值，确定待评估海底管道的风险评估结果；

经济效益评估模块，用于根据所述经济因素的指标数据，对待评估海底管道的成本效益比进行分析，计算得到若干时间切片下的经济收益；根据若干时间切片下的经济收益，确定待评估海底管道的经济收益评估结果；

其中，所述海底管道腐蚀速率预测模型、所述海底管道裂纹扩展速率预测模型、所述腐蚀-疲劳耦合作用下的海底管道可靠性退化模型及海底管道风险失效概率模型均基于动态贝叶斯网络构建得到。

本发明还提供了一种海底管道的可延寿性评估设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现所述的海底管道的可延寿性评估方法的步骤。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的海底管道的可延寿性评估方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种海底管道的可延寿性评估方法及系统，通过考虑海底管道的服役安全性及延寿能力评估，响应经济效益和维检修水平，从海底管道寿命安全状态、超期服役潜在环境影响以及延寿经济成本效益等三个维度，系统识别深层次管道寿命管理影响因子，从管道腐蚀坑深、工艺型因素、动态结构退化因素和经济因素构建老龄海底管道寿命管理评估指标体系；结合管道维修成本及管道运营成本数据，基于成本优化模型计算管道延寿累计费用和延寿后续性能，设置管道风险极限参数，形成管道延寿成本-收益信息及管道可靠性风险评估模型结合的可延寿性评估系统，确定老龄海底管道可延寿能力；其中，本发明结合动态贝叶斯网络，构建多阶段管道可靠性退化过程，形成了不同时间切片下腐蚀-疲劳耦合作用的海底管道可靠性退化模型；同时，基于动态贝叶斯网络，构建考虑动态结构退化因素的海底管道风险概率预测模型，形成海底管道风险态势动态评估；比较老龄管道可靠性剩余寿命以及老龄管道风险剩余寿命，确定老龄管道的最小运行剩余寿命，评估不同维修干预行为条件下的管道状态迁移概率、维修成本和延寿效益，基于成本经济效益比分析管道延寿可行性，实时响应资源配置和延寿风险的动态平衡；本发明能够充分考虑到影响海底管道结构完整性和运行剩余寿命的特定海底铺设环境，确保了老龄海底油气管道的可延寿能力精确评估。

附图说明

图1为本发明所述的海底管道的可延寿性评估方法的流程图；

图2为本发明中海底管道腐蚀速率预测模型的模型示意图；

图3为本发明中海底管道裂纹扩展速率预测模型的模型示意图；

图4为本发明中腐蚀-疲劳耦合作用下的海底管道可靠性退化模型的模型示意图；

图5为本发明中海底管道风险失效概率模型的模型示意图；

图6为本发明海底管道风险失效概率模型中预设有风险发生概率的模型示意图；

图7为本发明中疲劳裂纹和腐蚀效应在不同时间切片下对海底管道的作用分布情况图；

图8为本发明中海底管道的可靠性指数随运行年限的变化曲线图；

图9为本发明中海底管道在不同年限的运行中风险等级的分布图；

图10为本发明中海底管道超限服役时间与成本效益比的曲线图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如附图1所示，本发明提供了一种海底管道的可延寿性评估方法，包括以下步骤：

步骤1、分析和提取待评估海底管道的运行历史数据，构建延寿决策动态指标体系；其中，延寿决策动态指标体系包括待评估海底管道的工艺型因素、动态结构退化因素及经济因素；获取工艺型因素的指标数据、动态结构退化因素的指标数据、经济因素的指标数据及当前管道腐蚀坑深。

需要说明的是，构建延寿决策动态指标体系的过程中，通过分析和提取老龄海底管道延寿能力表征指标，响应经济效益和维检修水平，基于延寿指标逻辑层次关系构建得到延寿决策动态指标体系。

具体的，通过考虑海底管道服役安全性及延寿能力评估，响应经济效益和维检修水平，从管道寿命安全状态、超期服役潜在环境影响以及延寿经济成本效益的三个维度，系统识别深层次管道寿命管理影响因子；考虑到海底管道寿命管理影响因子间的逻辑关系，将其分为工艺型因素、动态结构退化因素和经济因素三大类；其中，工艺型因素对应腐蚀疲劳耦合的动态可靠性退化评估，工艺型因素包括管内流速、硫化氢分压、二氧化碳分压、氯离子浓度、管内pH值以及管内温度；动态结构退化因素对应老龄海底管道动态风险评估，动态结构退化因素包括自然灾害、自由悬跨、腐蚀、第三方破坏以及管道缺陷；经济因素对应老龄海底管道成本效益比率(BCR)分析，经济因素包括流速、运行价格、维检修频率、维检修等级、应急花费成本以及日常监测成本。

步骤2、根据所述工艺型因素的指标数据，利用海底管道腐蚀速率预测模型，计算得到若干时间切片下的腐蚀失效概率；其中，所述海底管道腐蚀速率预测模型的建立过程，具体如下：

将所述工艺型因素耦合到海底管道腐蚀速率预测模型中，得到更新后的海底管道腐蚀速率预测模型；将所述更新后的海底管道腐蚀速率预测模型映射到动态贝叶斯网络的贝叶斯函数节点中，得到所述海底管道腐蚀速率预测模型。

具体的，根据所述工艺型因素的指标数据，利用海底管道腐蚀速率预测模型，计算得到若干时间切片下的腐蚀失效概率的过程，具体如下：

将所述工艺因素耦合到海底管道腐蚀速率预测模型中，得到更新后的海底管道腐蚀速率预测模型；其中，所述更新后的海底管道腐蚀速率预测模型为：

其中，Vc为海底管道腐蚀速率；E

选取动态贝叶斯网络的贝叶斯函数节点，并将所述更新后的海底管道腐蚀速率预测模型映射到动态贝叶斯网络的贝叶斯函数节点中，得到海底管道腐蚀速率预测模型，如附图2所示。

将所述工艺型因素的指标数据输入至所述海底管道腐蚀速率预测模型中，计算得到时间坐标下的管道腐蚀状态变化概率，即得到若干时间切片下的腐蚀失效概率。

步骤3、根据所述当前管道腐蚀坑深，利用海底管道裂纹扩展速率预测模型，获得若干时间切片下的疲劳失效概率。

其中，获得若干时间切片下的疲劳失效概率的过程，具体如下：

分析海底管道已存在的腐蚀缺陷尺寸，基于北川-高桥图方法考虑腐蚀点蚀深度和疲劳裂纹扩展阈值，利用疲劳裂纹扩展阈值、几何系数和相关疲劳极限进行等效裂纹尺寸估计：其中，所述等效裂纹尺寸估计结果为：

其中，a

需要说明的是，疲劳裂纹扩展阈值ΔK

其中，Δσ

腐蚀程度ρ

其中，d为管道腐蚀坑深。

因此，所述等效裂纹尺寸a

其中，a

在得到考虑腐蚀坑深的EIFS当量初始缺陷尺寸后，对待预测海底管道的腐蚀-疲劳动态退化过程状态的进行简化，结合当量初始缺陷尺寸和Paris公式更新得到海底管道腐蚀-疲劳可靠性退化过程，即时间切片下的裂纹深度：

其中，a为时间切片下的裂纹深度；m为材料参数；C为材料参数，取2.17×10

应力幅Δσ采用威布尔分布描述，表示为：

其中，F(Δσ)为应力幅的威布尔分布描述；Δσ为应力幅。

本发明中，海底管道裂纹扩展速率预测模型采用了2年的检测间隔；即变量a16到a26表示时间轴上T＝16到26年的裂纹尺寸；等效裂纹尺寸a

因此，时间切片下的裂纹深度a可以简化为：

其中，MU为不确定性变量。

选取动态贝叶斯网络的贝叶斯函数节点，并将所述简化后的时间切片下的裂纹深度计算模型映射到动态贝叶斯网络的贝叶斯函数节点中，得到海底管道裂纹扩展速率预测模型，如附图3所示。

将所述当前管道腐蚀坑深作为海底管道裂纹扩展速率预测模型的输入，计算得到时间坐标下的海底管道裂纹尺寸概率，进而得到海底管道裂纹尺寸概率曲线；根据所述海底管道裂纹尺寸概率曲线，并结合环境荷载循环次数，构建裂纹扩展失效极限状态方程；根据裂纹扩展失效极限状态方程，采用蒙特卡洛方法，计算得到若干时间切片下的疲劳失效概率。

步骤4、根据对应时间切片下的腐蚀失效概率及疲劳失效概率，利用腐蚀-疲劳耦合作用下的海底管道可靠性退化模型，获得腐蚀-疲劳耦合作用下的可靠性失效概率；根据所述腐蚀-疲劳耦合作用下的可靠性失效概率，得到待评估海底管道的可靠性退化曲线；其中，所述腐蚀-疲劳耦合作用下的海底管道可靠性退化模型通过所述海底管道腐蚀速率预测模型与所述海底管道裂纹扩展速率预测模型耦合得到。

具体的，获得待评估海底管道的可靠性退化曲线的过程，具体如下：

将所述海底管道腐蚀速率预测模型与所述海底管道裂纹扩展速率预测模型耦合进行耦合，构建得到腐蚀-疲劳耦合作用下的海底管道可靠性退化模型，如附图4所示。

将对应时间切片下的腐蚀失效概率及疲劳失效概率输入至所述腐蚀-疲劳耦合作用下的海底管道可靠性退化模型中，计算得到腐蚀-疲劳耦合作用下的可靠性失效概率；

根据所述腐蚀-疲劳耦合作用下的可靠性失效概率与可靠性系数之间的转化关系，计算得到待评估海底管道的可靠性退化曲线；其中，所述腐蚀-疲劳耦合作用下的可靠性失效概率与可靠性系数之间的转化关系为：

β＝-Φ

其中，β为可靠性系数；Φ

步骤5、确定海底管道的可靠性指数阈值；具体的，考虑到海底管道设计寿命期间的定期三年检查和在其延长使用阶段进行的两年一次可靠性评估，设定进行一次管道小修的可靠性指数阈值为3.2，进行一次管道全面大修的可靠性指数阈值为2.2；其中，管道小修为处理较小尺寸的管道裂纹、腐蚀坑或其他表面缺陷，通常包括对受损区域进行清理、喷涂保护涂层等表面处理以确保管道的可靠性；管道全面大修为处理更大尺寸的裂纹修复、部分管道更换等结构强化措施，包括砂浆充填、涂覆保护性涂层。

步骤6、结合步骤5中确定的海底管道的可靠性指数阈值，根据所述待评估海底管道的可靠性退化曲线，确定待评估海底管道的可靠性评估结果；具体的，将腐蚀-疲劳耦合作用下的可靠性失效概率与所述海底管道的可靠性指数阈值进行比较，若所述腐蚀-疲劳耦合作用下的可靠性失效概率在所述海底管道的可靠性指数阈值范围内，则待评估海底管道具有较好的延寿后续性能符合老龄海底管道的延寿条件，并跳转至步骤7；否则，评估方法结束，并进入管道废弃决策阶段。

步骤7、根据所述动态结构退化因素的指标数据，利用海底管道风险失效概率模型，计算得到若干时间切片下的风险值。

其中，计算所述若干时间切片下的风险值的过程，具体如下：

对所述动态结构退化因素进行辨识分级，得到动态结构退化因素的分级结果；其中，所述动态结构退化因素的分级结果包括初级影响因素A、间接影响因素M及直接影响因素X；其中，所述初级影响因素A包括自然灾害A1、腐蚀A2、自由悬跨A3、管道缺陷A4及第三方损害A5；所述间接影响因素M包括阴极保护M1、防腐涂层M2、防腐涂层材料M3、管道路线适应性M4、配重层损伤M5、埋深M6、局部应力变化M7、管道材料M8、锚击M9、拖网损害M10、有意损害M11及坠落频率M12；所述直接影响因素X包括海床移动X1、地震X2、台风X3、阴极状态X4、阳极更换X5、维护系统X6、设计可维护性X7、波浪和洋流X8、管道暴露X9、管道强度X10、材料硬度X11、渔业活动X12及航运X13。

具体的，自然灾害A1为：随着海底管道逐渐接近其设计寿命，其对自然灾害影响的固有脆弱性骤然增加；包括海地地震等的长时间相互作用可能导致管道埋地位置发生变化，从而使管道大面积裸露在海流环境中。此外，老龄化导致的管道弹性降低意味海底地震冲击可能导致较高的管道破裂风险。特别是在容易受到台风、波浪和洋流等极端气象条件影响的区域，管道的应力进一步增加，可能导致其埋设深度的变化，进而影响了整体结构的稳定性。

具体的，腐蚀A2为：对于老龄管道，阴极保护效果的减弱要求更频繁地更换阳极，从而对海底管道防腐措施带来巨大挑战。同时，防腐涂层及其组成材料长时间暴露于海水中，其保护性能不可避免地降低，这进一步提高了管道腐蚀的风险，对管道的结构完整性造成损害，接连引发明显的局部应力变化。

具体的，自由悬跨A3为：在长时间运营期间，老化管道可能由于频繁的海底运动而导致自由悬跨的管道长度增加，此外，海底铺设环境的改变背离了原始管道设计路线的适应性，使得老龄海底管道在长时间内维持结构稳定性具有一定的困难。

具体的，管道缺陷A4为：相较于正常服役期管道，老龄管道的管材已有明显的冲蚀磨损迹象，极大的影响了老龄管道的整体强度和弹性。此外，老龄海底管道的配重涂层也逐渐受损，不仅仅增加了管道裸漏风险，还加速了腐蚀的发生。

具体的，第三方破坏A5为：随着老龄海底管道长时间的运营，其脆弱性增大，更易受到人为风险的威胁，如频繁的渔业活动包括锚击，导致管道结构完整性和抵御干扰的能力逐渐恶化。对老化管道的蓄意破坏行为也可能导致灾难性的后果。这些风险因素不仅损害配重涂层，还增加了管道裸露和剩余强度降低等风险。

按照所述动态结构退化因素的分级结果，将所述动态结构退化因素映射到贝叶斯网络模型中，得到海底管道风险失效概率模型，如附图5所示；其中，所述海底管道风险失效概率模型的每个节点划分有若干风险等级状态，且每个风险等级状态预设有风险发生概率，如附图6所示；将所述动态结构退化因素的指标数据输入至所述海底管道风险失效概率模型中，输出得到若干时间切片下的风险值。

需要说明的是，在海底管道风险失效概率模型中，对每个贝叶斯网络节点进行了细致的状态划分，以捕获和表示各个节点风险极限状态概率的细微变化；其中，考虑到管道易受自然灾害发生率和严重程度影响的倾向，在节点自然灾害A1处，使用“发生”来表示此类事件发生具有显著倾向，而“不发生”则表示该管道几乎不遭受此类灾害；同样，在节点腐蚀A2处，节点的状态被划分为一个细微的四层系统，包括“低”、“中”、“高”和“严重”四个状态，突出管道的不同腐蚀程度；在节点第三方破坏A3处，基于发生严重性进行划分，将管道状态划分为“不受影响的”、“可修复的”或“停用”，这种状态划分减少了由简单的二元划分引起的潜在不确定性；在节点防腐涂层A4的状态划分为：“正常”、“薄”、“差”和“不足”四个状态；节点波浪和水流X8的状态被划分为“轻微”、“中度”和“严重”四个状态。

步骤8、结合预设的海底管道的风险阈值，根据若干时间切片下的风险值，确定待评估海底管道的风险评估结果；具体的，将对应时间切片下的风险值与预设的海底管道的风险阈值进行比较，若对应时间切片下的风险值在预设的海底管道的风险阈值范围内，则待评估海底管道具有较好的延寿后续性能符合老龄海底管道的延寿条件，并跳转至步骤9；否则，评估方法结束，并进入管道废弃决策阶段。

步骤9、根据所述经济因素的指标数据，对待评估海底管道的成本效益比进行分析，计算得到若干时间切片下的经济收益；其中，计算若干时间切片下的经济收益的过程，具体如下：

根据所述待评估海底管道的可靠性评估结果及所述待评估海底管道的风险评估结果，确定待评估海底管道的最小运行剩余寿命。

具体的，根据待评估海底管道的可靠性退化曲线确定待评估海底管道的可靠性剩余寿命，以充分考虑管道结构的物理老化过程；根据时间切片下的风险值，确定待评估海底管道的风险剩余寿命，以考虑管道在运行中受到的外部风险因素的影响；将所述可靠性剩余寿命与所述风险剩余寿命进行比较，得到待评估海底管道的最小运行剩余寿命。

根据所述待评估海底管道的最小运行剩余寿命，结合成本效益比计算模型，计算得到若干时间切片下的经济收益；其中，所述成本效益计算模型为：

其中，BCR

需要说明的是，通过预计货币的贴现率以及管道运营的平均每日收入，预测老龄管道的年运营天数和年故障概率，分析与寿命延长相关的总生命周期风险，收集老龄海底管道直接检查维修成本，修复期间中断服务可能会导致间接成本，以及润滑剂和燃料消耗、机组成员工资和养老金成本等费用，评估在老龄海底管道剩余设计寿命和延长服务寿命内产生的利润，确定与老龄管道寿命延长相关的总现值收益。

步骤10、结合预设的海底管道的成本收益比率阈值，根据若干时间切片下的经济收益，确定待评估海底管道的经济收益评估结果；具体的，将对应时间切片下的经济收益与预设的海底管道的成本收益比率阈值进行比较，若对应时间切片下的经济收益在预设的海底管道的成本收益比率阈值范围内，则待评估海底管道具有较好的延寿后续性能符合老龄海底管道的延寿条件；否则，评估方法结束，并进入管道废弃决策阶段。

本发明还提供了一种海底管道的可延寿性评估系统，包括指标体系模块、可靠性评估模块、风险评估模块及经济效益评估模块；指标体系模块，用于构建延寿决策动态指标体系；其中，所述延寿决策动态指标体系包括待评估海底管道的工艺型因素、动态结构退化因素、经济因素；获取工艺型因素的指标数据、动态结构退化因素的指标数据、经济因素的指标数据及当前管道腐蚀坑深；可靠性评估模块，用于根据所述工艺型因素的指标数据，利用海底管道腐蚀速率预测模型，计算得到若干时间切片下的腐蚀失效概率；根据所述当前管道腐蚀坑深，利用海底管道裂纹扩展速率预测模型，获得若干时间切片下的疲劳失效概率；根据对应时间切片下的腐蚀失效概率及疲劳失效概率，利用腐蚀-疲劳耦合作用下的海底管道可靠性退化模型，获得腐蚀-疲劳耦合作用下的可靠性失效概率；根据所述腐蚀-疲劳耦合作用下的可靠性失效概率，得到待评估海底管道的可靠性退化曲线；根据所述待评估海底管道的可靠性退化曲线，确定待评估海底管道的可靠性评估结果；风险评估模块，用于根据所述动态结构退化因素的指标数据，利用海底管道风险失效概率模型，计算得到若干时间切片下的风险值；根据若干时间切片下的风险值，确定待评估海底管道的风险评估结果；经济效益评估模块，用于根据所述经济因素的指标数据，对待评估海底管道的成本效益比进行分析，计算得到若干时间切片下的经济收益；根据若干时间切片下的经济收益，确定待评估海底管道的经济收益评估结果；其中，所述海底管道腐蚀速率预测模型、所述海底管道裂纹扩展速率预测模型、所述腐蚀-疲劳耦合作用下的海底管道可靠性退化模型及海底管道风险失效概率模型均基于动态贝叶斯网络构建得到。

本发明还提供了一种海底管道的可延寿性评估设备，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现海底管道的可延寿性评估方法的步骤。

所述处理器执行所述计算机程序时实现上述海底管道的可延寿性评估方法的步骤；或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述系统中各模块的功能。

示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成预设功能的一系列计算机程序指令段，所述指令段用于描述所述计算机程序在所述海底管道的可延寿性评估设备中的执行过程。

所述海底管道的可延寿性评估设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述海底管道的可延寿性评估设备可包括，但不仅限于处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，上述是海底管道的可延寿性评估设备的示例，并不构成对海底管道的可延寿性评估设备的限定，可以包括比上述更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述海底管道的可延寿性评估设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者所述处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述海底管道的可延寿性评估设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个海底管道的可延寿性评估设备的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述海底管道的可延寿性评估设备的各种功能。

所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(SmartMediaCard,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(FlashCard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的一种海底管道的可延寿性评估方法的步骤。

所述海底管道的可延寿性评估系统集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

基于这样的理解，本发明实现上述海底管道的可延寿性评估方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，所述计算机程序在被处理器执行时，可实现上述海底管道的可延寿性评估方法的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或预设中间形式等。

所述计算机可读存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

需要说明的是，所述计算机可读存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读存储介质不包括电载波信号和电信信号。

验证试验说明：

为验证本发明所述的海底管道的可延寿性评估方法，在制定延寿决策方面的实际适用性，选取了某老龄海底管道作为案例研究；该管道总长度为28公里，壁厚为11.1mm，采用X80钢材建造；为了连接两个油田港口和其他资源点，该管道铺设穿越了渔业区和洋流交汇区域；自2003年投入运营以来，该管道即将接近其20年设计寿命，工程检测表明，该老龄管道存在严重的腐蚀和裂纹问题。

如附图7所示，如附图7中给出了疲劳裂纹和腐蚀效应在不同时间切片下对海底管道的作用分布情况图；其中，附图7中浅色部分数据柱表示随时间变化的疲劳裂纹大小分布，而深色数据柱表示腐蚀效应的时间演变分布；从附图7中可以看出，在管道设计寿命的最后阶段，裂纹和腐蚀均主要集中在3-4.5cm的范围内；在这一时刻，与疲劳相比腐蚀的影响更为显著；腐蚀导致管道表面形成局部坑洞，这可以加速裂纹的形成和扩展；因此，在小裂纹阶段，由于循环载荷引起的疲劳效应在管道完整性方面影响相对较小；然而，当裂纹大小从4.3-6cm增加时，疲劳失效的分布范围开始扩大，表明具有较大尺寸裂纹的管道更容易发生由疲劳引起的失效。随着裂纹尺寸的增加，疲劳失效的概率和与之相关的管道失效风险均升高。腐蚀与疲劳之间的相互作用加剧了管道的退化，腐蚀坑加速管道应力集中，推动了裂纹的扩展。管道达到失效阈值的裂纹尺寸为8.88cm，可以看出在管道到达其设计寿命时依然具有良好的运行安全性。

在管道的设计寿命期间，进行定期的三年一次检查，而在延长使用阶段进行两年一次的评估。对于小修，可靠性指数阈值设定为3.2，而对于大修，则为2.2；如附图8所示，附图8中给出了海底管道的可靠性指数随运行年限的变化曲线图；从附图8中可以看出，管道可靠性指数的退化曲线表明在其设计寿命的末期，其退化速率相对较缓。预计在老龄管道运行的第19年左右将需要进行一次小修，管道整体可靠性呈系统性下降。在寿命延长期间，裂纹加速扩展导致了管道退化加速，因此预计在第22年时将需要进行一次小修；运行的第24年，即进入管道延寿的第四年，运行可靠性显著降低，需要进行一次大修。此外，在接近其延长运行寿命的第六年，可靠性指标预计将下降到失效阈值以下，即管道进入废弃阶段。

本发明中，将管道风险等级划分为五个：较低、低、中等、高和较高；附图9中给出了海底管道在不同年限的运行中风险等级的分布图；从附图9中可以看出，在老龄化初期阶段，管道呈现出较低风险等级的概率较高，这归因于管道材料和结构完整性在早期老化阶段依然较高，有效降低了潜在风险的严重性，这一特征是老龄管道在早期阶段的典型表现，表明其更高的稳定性和可靠性；随着管道运行至第18年，遇到中等、高和较高等更高风险等级的可能性仍然显著较低；这一趋势是由于管道结构脆弱性逐渐增加，但通过定期的管道日常维护活动得到了有效的缓解。尽管老化存在固有的风险，但合理的维护和风险监控有助于控制风险等级的升高。当管道达到其设计寿命即运行第20年时，管道运行风险在高和较高等级的概率略有增加。这是由于腐蚀、波浪作用和疲劳等的累积效应，管道的稳定性急剧降低。同时，遇到中等风险等级的概率保持相对稳定，而较低风险等级的可能性继续降低。这一趋势表明，尽管管道年龄逐渐增长，但全面的风险评估仍在定义的安全参数内，表明风险管理实践是有效的。

到了运行的第24年，也就是进入延长使用期的第四年，可以观察到从较低风险等级向低风险等级的风险水平明显的转变。这种转变表明维护措施已成功地抑制了管道风险的升级。然而，尽管采用了有效的维护和修复策略，但超过设计寿命导致的固有退化仍然导致整体风险增加。随着管道进入第26年运行，遇到低风险等级的可能性开始减少，而中等风险等级的可能性则明显增加。因此，管道的运行风险的整体概率分布从低风险过渡到中等风险范畴。这一转变表明管道状况持续且加速恶化。风险水平的变化强调了风险管理的日益重要性，特别是在延长寿命的背景下；它们突显了积极的维护和升级策略的必要性，以确保管道的持续稳定性和安全性。

按照油田公司的规定，最佳的效益成本比(BCR)被设定为1.6，而可接受的最低BCR为1.2；如附图10所示，附图10中给出了海底管道超限服役时间与成本效益比的曲线图；从附图10中可以看出，在老龄管道运行的第16年，BCR可以达到2.3，具有持续运营潜力。在第19年到第20年期间，一次预计的小修复导致BCR大幅降至2。尽管BCR暂时下降，但海底管道的整体BCR范围始终保持在2到1.8之间。当管道进入延寿期的第四年时，另一次小修复导致BCR下降到1.8以下。随着运行持续至第26年，BCR降至1.6，表明该管道。据估计，在额外的3到4年运行后，BCR将达到1.2的最低阈值。这意味着管道已入不敷出，进入废弃阶段。在管道运行初期阶段，管道的完整性和良好结构会产生较高的BCR。然而，随着腐蚀、疲劳和环境变化等老化因素逐渐影响管道可靠性，修复费用增加导致BCR逐渐下降。尽管维护和修复措施可以暂时缓解老化过程并提高BCR，但随着管道继续老化，退化情况可能加剧。当管道达到设计寿命末期时，与老化相关的风险急剧恶化，会导致更昂贵的维修和BCR持续下降。老龄管道的最终后果是维护和修复成本逐渐上升，而收益逐渐减少，整体BCR持续下降直到不再符合运行经济可行性阈值。

本实施例提供的一种海底管道的可延寿性评估系统、设备及计算机可读存储介质中相关部分的说明可以参见本实施例所述的一种海底管道的可延寿性评估方法中对应部分的详细说明，在此不再赘述。

上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。