老齡輸油管道安全評(píng)估與維修決策方法及應(yīng)用研究.pdf

1、本文結(jié)合國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局計(jì)劃課題“油氣管道結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行數(shù)字化技術(shù)研究”?；诮Y(jié)構(gòu)可靠性分析和維修決策理論，系統(tǒng)開(kāi)展了老齡輸油管道安全評(píng)估與維修決策關(guān)鍵技術(shù)研究，在管道模糊風(fēng)險(xiǎn)分析與安全評(píng)估新方法、老齡管道系統(tǒng)安全綜合評(píng)估、老齡管道腐蝕可靠性分析、老齡穿跨越管道結(jié)構(gòu)安全分析，以及老齡管道結(jié)構(gòu)檢測(cè)及維修規(guī)劃等方面取得了較大的研究進(jìn)展，主要的研究成果總結(jié)如下： 1老齡輸油管道系統(tǒng)安全綜合評(píng)估體系研究 鑒于老齡輸油管道系

2、統(tǒng)的高維性、復(fù)雜性、開(kāi)放性及動(dòng)態(tài)性等特征，從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)，提出了老齡輸油管道復(fù)雜大系統(tǒng)的概念，按照孕育事故環(huán)境、事故致因和事故后果等理論進(jìn)行老齡管道系統(tǒng)安全分析。基于老齡輸油管道人－機(jī)－環(huán)境的系統(tǒng)安全問(wèn)題，探討了老齡輸油管道的風(fēng)險(xiǎn)特征及安全綜合評(píng)估的基本內(nèi)容，確定了涵蓋老齡管道系統(tǒng)的5大主要因素：第三方破壞、腐蝕、安全余量、誤操作和自然災(zāi)害，構(gòu)建了一個(gè)適于老齡輸油管道較完整的安全指標(biāo)體系。其中，從水文地質(zhì)、地震和腐蝕方面，進(jìn)行了老齡管道

3、穿跨越工程的安全因素分析。 基于老齡管道系統(tǒng)自然災(zāi)害的種類(lèi)、影響與失效模式，將風(fēng)險(xiǎn)分析方法與結(jié)構(gòu)的抗災(zāi)害能力相結(jié)合，探討了集自然災(zāi)害、管內(nèi)介質(zhì)、人因環(huán)境以及預(yù)防和響應(yīng)分析于一體的基線風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，從而有助于老齡管道系統(tǒng)自然災(zāi)害評(píng)估模式向新評(píng)估模式轉(zhuǎn)變，為定量評(píng)估老齡管道結(jié)構(gòu)安全可靠性奠定基礎(chǔ)。 2老齡輸油管道系統(tǒng)安全可靠性評(píng)估方法研究 鑒于目前管道安全可靠性分析方法存在的不足，提出了基于SCGM的模糊風(fēng)險(xiǎn)分析方法

4、，為管道模糊風(fēng)險(xiǎn)分析的精細(xì)評(píng)估創(chuàng)造了新途徑；綜合考慮共性因素和個(gè)性因素，提出了一種基于故障樹(shù)的管道安全模糊綜合評(píng)價(jià)集成方法；通過(guò)將SPA引入管道安全系統(tǒng)評(píng)價(jià)領(lǐng)域，提出了一種全新的基于SPA安全綜合評(píng)價(jià)模型。針對(duì)傳統(tǒng)的平面靜態(tài)評(píng)估方法所存在的不足，提出了基于CN綜合評(píng)估及其PCN的發(fā)展趨勢(shì)評(píng)估是一種立體的、單樣本的、動(dòng)態(tài)的和可再評(píng)估方法。 從內(nèi)部檢測(cè)信息獲取方式的不同，提出了將老齡管道分為不可用內(nèi)部檢測(cè)裝置的管道和可用內(nèi)部檢測(cè)裝置

5、的管道。綜合當(dāng)前所提出的最新的動(dòng)態(tài)安全評(píng)估方法，針對(duì)上述兩類(lèi)老齡管道分別提出了“合于使用”的兩類(lèi)可靠性評(píng)估方法。 基于老齡管道各種失效模式，開(kāi)展了老齡管道腐蝕可靠性分析，對(duì)各參數(shù)間的相互作用對(duì)老齡管道系統(tǒng)可靠性的影響及其敏感性分析；建立了腐蝕疲勞壽命模型；綜合考慮在線檢測(cè)數(shù)據(jù)的不精確性與管道材料特性、操作載荷以及由腐蝕增長(zhǎng) 率導(dǎo)致管線狀態(tài)的不確定性，提出了一種基于模糊概率人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的老齡輸油管道可靠性評(píng)估模型。采用可靠

6、性分析方法，結(jié)合“合于使用”評(píng)估，給出了腐蝕管道動(dòng)態(tài)失效概率評(píng)估方法。 3老齡輸油管道穿跨越段的結(jié)構(gòu)安全分析研究 考慮到在地質(zhì)不穩(wěn)定區(qū)受滑坡、沉陷、坍塌等自然災(zāi)害破壞性影響，根據(jù)彈性地基梁理論建立了土壤沉陷形成管跨段力學(xué)計(jì)算模型，其中管土交互作用通過(guò)非線性彈簧單元模擬，采用有限元分析方法計(jì)算出了在不同跨長(zhǎng)、不同埋深、不同壁厚和不同外徑等情況下應(yīng)力分布狀況，并由此給出了管道失效的臨界長(zhǎng)度。考慮埋地管道與土壤之間的非線性交互，

7、建立彎頭地段埋地管道模型，對(duì)彎管的彎頭、過(guò)渡段和公路埋設(shè)段進(jìn)行了應(yīng)力分析；建立了考慮管土交互的地震載荷作用下管道響應(yīng)有限元計(jì)算模型，并從地震斷裂帶和地震波作用下的管道進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，為陸上埋地管道抗震性能安全評(píng)估提供了重要的參考依據(jù)。 4老齡輸油管道結(jié)構(gòu)檢測(cè)及維修規(guī)劃研究 考慮檢測(cè)與維修效果的可靠性分析模型是老齡管道時(shí)變可靠性分析的基礎(chǔ)，提出了多種考慮檢測(cè)與維修效果的可靠性分析模型：壽命模型、失效率模型和壽命可靠性模型等，

8、對(duì)老齡管道的維修效果進(jìn)行分析。 描述和對(duì)比老齡管道結(jié)構(gòu)衰退和維修模型，考慮結(jié)構(gòu)衰退過(guò)程所存在的不確定性，從不完備性考慮，將半Markov模型、統(tǒng)計(jì)過(guò)程或與時(shí)間相關(guān)的可靠性指標(biāo)作為失效率函數(shù)建立了動(dòng)態(tài)衰退模型，提出了一個(gè)有助于優(yōu)化評(píng)估老齡管道的修復(fù)、更換、檢測(cè)和條件評(píng)估的整體框架。 考慮檢測(cè)儀器和維修準(zhǔn)則所存在的不確定性，采用Markov過(guò)程給出了新缺陷的檢測(cè)與維修規(guī)劃，同時(shí)結(jié)合“合于適用”評(píng)估方法，開(kāi)展了老齡輸油管道完整