摘 要

在当下社会，可持续发展、节能环保是社会的主流，面对新形势下的挑战，工业工程各方面都要求管理的全面性，工程的可持续性，油气储运工程中重要的角色油气管道，其建造和维护是相关从业者一直关注的问题，在全寿命周期理论实践和应用到各个行业的今天，基于全寿命周期的研究在油气储运行业也有很多应用，本文基于全寿命周期作为理论，以油气储运管道作为实体，对管道维护策略进行研究，综合全寿命周期与管道维护策略知识，总结全寿命周期的研究方法，以及提出全寿命周期在管道维护中的应用。

本文首先提出全寿命周期的相关概念，介绍了全寿命周期的相关理论；在论文第三章，结合油气管道，以油气管道作为本体，全寿命周期作为媒介，探讨了管道维护问题，并介绍了管道维护相关技术；论文第四章，以管道泄漏为模型，进行管道全寿命周期的模型建立，引用相关的研究技术与公式，建立了管道全寿命周期经济模型；论文第五章，使用基于全寿命周期的管网优化模型，建立了管道全寿命周期决策模型。

关键词：全寿命周期；管道维护；经济评价；维护决策

Abstract

In today's society, sustainable development and energy conservation and environmental protection have become the trend of the society. Facing the challenges under the new situation, all aspects of industrial engineering require comprehensive management, sustainability of engineering, and the construction and maintenance of oil and gas pipelines, which play an important role in oil and gas storage and transportation projects, are issues that relevant practitioners have been paying close attention to. Today, when the theory and practice of life cycle are applied to various industries, research based on life cycle has also been applied in oil and gas storage and transportation industry. This paper takes the whole life cycle as the theory, takes the related knowledge of oil and gas storage and transportation pipelines as the entity, researches the pipeline maintenance strategy based on the whole life cycle, integrates the knowledge of the whole life cycle and the pipeline maintenance strategy, summarizes the research methods of the whole life cycle, and puts forward the application of the whole life cycle in the pipeline maintenance.

In this paper, the concept of life cycle is first put forward, and only after understanding the theory can we carry out the practice. In the second chapter, the related issues of life cycle are introduced. In the third chapter of the thesis, the related problems are discussed and some technologies are put forward with the oil and gas pipeline as the main body and the whole life cycle as the medium. After that, taking the pipeline leakage as a model, the economic problems of the whole life cycle are discussed, and relevant research techniques and formulas are put forward. Finally, by simplifying the relevant model of the whole life cycle website, the paper establishes the decision model of the whole life cycle of the pipeline, puts forward relevant methods.

Key Words：Life cycle；pipeline maintenance；economic evaluation；maintenance decisi

目 录

第1章绪论 1

1.1课题的背景及意义 1

1.2管道全寿命周期发展概况 1

1.3基本内容 3

1.4研究目标与技术路线 4

第2章 管道全寿命周期理论 6

2.1 全寿命周期理论 6

2.1.1全寿命周期简介 6

2.1.2 全寿命周期管理 7

2.2 管道全寿命周期问题 9

2.2.1 管道腐蚀问题 9

2.2.2 管道其他问题 11

2.3 管道全寿命周期维护 13

2.3.1 管道各区域维护方法 13

2.3.2 管道维护技术 14

第3章 全寿命周期风险与计算 15

3.1 管道全寿命周期风险 15

3.1.1 基本内容 15

3.1.2 决策理论 17

3.2 全寿命周期计算 18

3.2.1蒙特卡洛方法 18

3.2.2 LCC 20

第4章 全寿命周期经济评价 22

4.1 管道经济评价 22

4.1.1 油气泄漏费用计算 23

4.1.2 油气管道未知泄漏损失 23

4.1.3 油气管道改造费用 24

4.1.4 油气管道经济模型 24

4.2 管道经济计算 24

第5章 管道全寿命周期维护决策模型 26

5.1 管道维护决策 27

5.2 油气管道维护费用 27

5.3 失效损失期望函数 29

5.4 油气管道优化决策模型 31

5.5 具体应用实例 32

第6章 全文总结 36

参考文献 37

致谢 40

第1章 绪论

1.1课题的背景及意义

油气资源依旧是当下社会生产中的重要资源，油气管道建设和维护关乎着国民经济的振兴，且油气管道建设空间跨度大，工期时间久，固定投资大，其特点决定了管道维护在油气管道建设中有着重要的地位，为了油气生产的顺利进行，提高油气输送的效率，对于长周期的油气运行策略研究显得就十分重要，无论是从技术层面上，还是从经济成本中，长周期的管道维护策略都十分重要。

全寿命周期是指在产品的设计阶段就要考虑，产品的全寿命环节，使得产品在设计阶段能够得到很好的优化，不仅实在结构设计上，更多是在全寿命的设计使用中。这就提出，全寿命周期产品的理念，不仅是对产品的功能和结构的设计，而且是对产品的设计、生产、运行、使用、维修保养等，以及回收处理的全寿命周期过程，因此在维护工作中就要根据管道腐蚀原理以及实际情况来制定相应的维护策略。

有关管道经济性评价，需要建立相应的定量计算原则和相应的模型结构，因此在参考城市天然气管网规划经济性评价研究后，需要对全周期管道经济性评价有一个见解和相应的认知，首先就是技术经济指标，其中就包括单位造价的供油气能力、供油气量以及单位转输供油气能力；再就是财务分析，这里面涉及到税后内部收益和总投资收益等；然后是社会评价指标，这里面包括管道运行对污染物减排的影响，管道建设工程的难度以及管道建设对区域的影响力；最后是对管道投资建设的风险分析，这包括管道年利用率，管道建设周期与管道利用时间长度等以及管道投资盈亏平衡时间等。

维护决策模型建立是基于社会中许多因素，但是各个方面都有不同的侧重点，在选择建立经济决策模型需要综合考虑各个方面以及能否实现决策，因此决策模型不是一个数学式子，它还是一个统一的，有限制条件，考虑实际因素的模型，也可以用定性的方式来进行分析。

1.2管道全寿命周期发展概况

1984年，李刚对金属防护时使用缓蚀剂进行了研究，金属暂时性防护时不可缺少的主要材料，而气相缓蚀剂的特点是扩散性强，蒸汽压高。本文在研究时将气相缓蚀剂配制成防锈水进行化学测试。具体操作时将三种尺寸的碳钢管材，在加气相缓蚀剂浓度和种类分别不同的防锈水进行极化曲线阳极曲线测试，并与纯饮用水的阳极曲线进行比较，从而为选择适用、经济的缓蚀剂提供参考。^【1】

1989年，徐道康在超高压容器和管道的维护与管理中。我国在从国外引进的高压法聚乙烯生产装置，设备逐渐老化，不安全因数逐渐增加的情况下，在日常管理中对这些超高压容器和管道安全监测和维护就显得更加重要，对超高压反应釜的管道日常维护和定期检测问题进行探讨^【2】。

1998年，莫群，提出对穿越管段进行综合维护的五种方法，对穿越河流管段存在的问题提出了改进意见。本文对油气输送管道的安全和维护管理有一定参考价值。^【3】

2000年，于凤琴、王万千海底石油天然气管道正常运行的措施中，介绍的方法是在已铺设的海底管道内插入新管道 ,形成双层管结构 ,达到更新旧管道的目的 ,并对双层管施行安全运行维护措施。^【4】

2002年，朱国文管道腐蚀检测及维护措施中，针对大庆油田3条输油管道防腐层老化、阳极地床阻值增大、参比电极失效和四线电缆破损等问题,对措施实施后的效果进行了评价。^【5】

2004年，陈利琼、卢小刚^【6】，油气管道完整性维护决策分析中，老龄管网的完整性维护是管道输送公司的主要任务。提出了用决策分析来优化管道完整性维护措施的方法。在进行决策树分析的基础上 ,建立了管道完整性维护决策的数学模型 ,对模型中的状态变量、发生概率、效用函数等进行了初步研究 ,并对管道风险评价和完整性维护提出了建议。

2005年，西南石油学院张鹏、陈利琼、侯向秦^【7】效后果会引发财产损失、人身安全损失及环境破坏。有限费用优化是在人身安全和环境破坏的约束下,以“使管段总失效损失期望费用最小”为原则,通过求解优化数学模型,而获得最优维护方案。它可使维护方案在3类损失方面得到平衡和协调。文中提出了3种损失的货币化思想,认为财产损失可按传统的直接经济损失计算方法来确定;生命损失的货币度量要从人员死亡和伤残两部分来考虑,并给出了两部分损失的影响因素和确定原则;将环境破坏损失分为对人类健康影响的损失和对生态资源影响的损失,二者都需要根据国情和国家的法律法规来分析损失影响因素,并从环境因素、环境要素和影响因子3个角度,重点分析了造成生态资源破坏的因素体系,为环境破坏损失的货币化奠定了基础。最后,推荐了不同情况下的优化方法。 

2007年，乔益贵、孙新宁针对高压管道破坏形式及成因,就如何做好高压管道的运行维护及如何提高事故发生后的抢修协作水平应对能力,提出切实可行的措施和建。^【8】

2011年，李刚、刘培军、王帅等人，在管道压缩机组维护及其发展策略中，介绍压缩机组监测技术的发展现状,对比中国石油长输天然气管道压缩机组在线监测系统的功能。提出了压缩机组视情维修的发展策略:借鉴航空发动机视情维护技术,开展针对性研究,以准确评估机组的技术状况,建立统一的"压缩机组远程监测与故障诊断中心,为视情维修提供可靠依据。^【9】

2018年，伊新愚、张翔、雷全海在长距离油气输送管道的维护措施的研究中，提出了在新疆戈壁沙漠区域加强管道维护对提高管道运行效率非常必要，在这种特别的区域中采用优化方式对管道进行维护，避免事故，安全完成输送任务，解决沙漠区域油气储运技术问题。^【10】

1.3基本内容

（1）油气管道失效原因及定性分析；对油气管道系统事故案例进行分析，对系统进行危险认识；对油气管道的失效原因进行比较和总结，用于基本确定管道失效的分析总结；对管道失效原因进行定性分析，想办法计算研究管道失效的概率和机会。

（2）油气管道危害因素的总结以及油气管道的运行策略分析；对油气管道各种危害因素进行时间上和空间上的对比总结，实行不同的策略和总结方法，用以确定事件危害因素，用以改变和分析管道运行策略；计算和分析危害因素相应条件下的危害，相对应条件因素下以及策略的对应经济成本。

（3）油气管道长周期，以及各个阶段，各个周期的分别的维护重点策略；分析事故场景，对早期的管道维护提出管道维护的策略制定；对油气管道失效泄漏原因进行研究，分析事故的危险性并确定相应的准则；对油气管道失效寻找和预测，分析不同事故场景，对环境造成危害范围；对中后期管道的容易出现的事故进行分析，探讨特定条件下的事故危害预防措施。

（4）油气管道评估风险方法研究；分析油气管道失效会造成的部分风险、广义社会风险；分别对油气管道早期，中期，晚期面临的最大风险进行分析和统一，制定较为合理方案。

1.4研究目标与技术路线

对油气管道泄漏失效故障总结，并对其做出定性分析，对油气管道的不当程序等进行辨识，并做出处理，提供优先维护决策的基础，提高工作能力、管理效率。同时，对事故的发生频率、风险概况、社会风险，定义和分析，提出合理的建议，对油气管道的安全合理运行具有帮助。^【11】

油气管道维护策略统筹研究与分析

管道失效原因以及成因的定性分析

全寿命周期理论的应用以及在油气管道的各个阶段的重点研究

油气管道维护经济性比对与评价

全寿命周期管道维护决策模型建立

完成设计说明书

图1.1 论文技术路线图

第2章 管道全寿命周期理论

2.1全寿命周期理论

2.1.1全寿命周期简介

（1）背景：在当下社会发展中，经济评价与建设已经伴随着项目建设的全过程，这样的事情时时都有，并且这样的建设主体将成为社会的主体，经济评价，经济建设，都离不开当下全寿命周期的提出，在改革开放以来，全球化经济发展，成为有竞争力，并且在诸多竞争集团中脱颖而出，既需要有着完备的眼光，也需要长期的战略思维，这往往就伴随着新型的，完备的评价体系与认证体系，全寿命周期的形式正是对新形势社会各行各业都在产生着深刻影响。^【12】

（2）定义：全寿命周期就是把许多重要的因素重点加以引导和思考，在全寿命周期中，设计意味着产品的结构和功能得到优化和整合，得到规划、设计、销售、生产、运行、使用、维护保养，甚至得到回收利用，也就是产品从开始到结束的全过程。

（3）理论：在全寿命周期中，往往有一个重要的概念，新产品有很强的时间性、地域性和资源性，然而在全寿命周期中的最终目标是尽最大可能在质量、环保等约束条件下得到时间的缩短，新产品的全寿命周期优化。在传统产品中，产品成品的过程通常包括初步计算、工艺流程设计、加工设计、设计校核以及维护设计，在这些条件下看来一件产品是相对完备的一个周期过程，尤其是在当下面临着国际性的节能环保的要求，面对新产品的开发与旧产品的更替上，不能简单的只是开发新产品，在新周期的发展与进化过程，材料的回收利用、可继续维修使用的相关部件以及器件的维护防腐等，都能够对全周期产品提供较大的参考价值^【13】。

图2.1全寿命周期成本图

2.1.2 全寿命周期管理

（1）前期管理：

全寿命周期的前期管理就是在项目进入设计、施工、等阶段，但是还没有能够达成投产的前期阶段，这就显示出全寿命周期的理论是一个把项目从源头抓起的理论，可见表2.1。

表2.1全寿命周期前期管理表

设备全寿命周期的前期管理，这其中的主要就是规划决策、计划设计、采购物流、设备调试安装、设备系统的试运行等过程。许多工业设备在市场经济的体制下，需要更多的参与国内外的市场竞争，油气储运设备在其中也是需要不断完善自己的优秀条件，做到设备产品能够适销对路，同时价格也具有相当的竞争力，产品质量能够得到保障，提供质量优秀，同时价格具有竞争力为优秀产品。同时产品也需要符合国家相应的安全、环保、节能要求。^【15】

（2）运行维护：