城市燃气管道泄漏多因素耦合致灾机制研究

城市燃气管道很容易因复杂的城市环境影响而发生失效泄漏,而多灾害因素共同作用下的城市燃气泄漏的灾害后果更加严重,灾害形势更为复杂。为揭示城市燃气管道泄漏后多因素耦合作用下的动态致灾过程及灾害特征,首先采用系统框图对城市燃气管道泄漏灾害系统的内部结构进行分析,并在此基础上构建多因素耦合致灾数学模型;然后基于系统动力学理论,分别以燃气火灾、爆炸及毒害气体灾害为子模块,建立灾害系统动力学模型,并以模型检验来验证其适用性;最后应用于实际案例分析,采用系统动力学专用仿真软件,分别讨论了不同耦合条件下的单灾害和多灾害的动态致灾过程。结果表明:灾害子系统内部耦合度及同质耦合度增加,会促进各种灾害的增长速度、加速灾害发展,但不改变灾害损失的程度;而子系统间的耦合度增加,不仅会加快灾害的发展速度,还会提高其损失的程度、增加灾害损失的严重度。这表明,为有效控制复杂环境下的城市燃气管道泄漏灾害,应该削弱系统内部的因素耦合,孤立子系统间的因素耦合。     

基于改进N-K模型的公共建筑火灾风险耦合研究

为了弥补传统N-K模型需要大量统计数据支撑才能应用的局限性,提出了一种改进N-K模型。该模型能在缺少统计数据的情况下,结合层次分析法将事故发生概率替代为风险因素的频度进行风险耦合度计算。将此方法应用于公共建筑火灾风险耦合的研究中,结果表明:耦合风险因素越多,风险值越大;耦合风险因素相同时,建筑因素比设备因素更易造成火灾事故,人员因素比管理因素更易造成火灾事故;主观因素耦合风险比客观因素耦合风险大。分析结果与近些年发生的公共建筑火灾事故比较,关键致因风险及耦合情况与实际总体状况一致,证明了改进N-K模型具有一定理论价值。     

基于N-K模型的地铁施工安全风险耦合研究

为研究地铁施工安全风险管理中的风险概率变化情况,对影响地铁施工安全的人为、设备、管理和环境等因素进行风险耦合分析,构建基于复杂网络的N-K模型,计算不同风险耦合情况发生的概率和风险值。结果表明,多因素风险耦合会增加事故发生的概率,主观因素(人为因素和管理因素)风险完全耦合比不完全耦合造成的风险大;主观因素与环境因素完全耦合最容易引起安全事故。     

基于模糊综合评价的燃气管道第三方破坏失效研究

针对燃气管道第三方破坏事故复杂的特点,基于层次分析和模糊数学的理论,计 算燃气管道第三方破坏风险失效的可能性。全面识别城镇燃气管道第三方破坏事故的危 害因素,构建包含56个基本事件的燃气管道第三方破坏故障树。利用模糊集合隶属函数 ,计算燃气管道发生第三方破坏事故基本事件的模糊概率。利用改进的层次分析法,得 出各专家权重并修正各专家的评估意见,计算管道第三方破坏失效的可能性。以某大型 省会城市燃气管道为例进行验证分析,证明该方法的风险评价结果与实际情况相符,可 为燃气公司安全风险防控提供依据。     

基于风险的城市埋地燃气管道安全评价模型及应用

城市埋地燃气管道一旦失效会产生泄漏,甚至引发火灾爆炸等事故,造成人员伤亡和财产损失等严重后果,影响社会稳定,因此其安全运行十分重要。由于城市地下环境的复杂性,使得埋地燃气管道失效的因素多种多样,且具有模糊性;由于城市地面状况各异,所以构成失效后果的因素也具有不确定性。文章以某市在役燃气管道为例,使用模糊数学语言表达了埋地燃气管道的失效可能性和失效后果,采用模糊综合评价模型对燃气管道的失效可能性和失效后果进行了评价,并以美国石油协会(API)风险矩阵表征了埋地燃气管道的风险等级,得到不同管道单元的风险级别和管道单元数,根据不同的风险等级采取不同的策略或措施,完善管道的完整性管理,降低管道的使用风险,确保城市燃气管网的正常安全运行。     

基于AHP-熵权法的城市燃气管道风险评价*

为全面、客观地评价城市燃气管道风险,提出1种基于AHP-熵权法的城市燃气管道风险评价模型。该模型基于风险评价理论,结合管道失效可能性与后果严重性,构建包含105个评价底因素的城市燃气管道风险评价指标体系。针对城市燃气管道风险因素的复杂性和模糊性,引入模糊数学思想和方法,结合AHP和熵权法确定评价指标的综合权重,再运用模糊综合评价法和风险分析矩阵评估燃气管道风险等级。结果表明:该评价模型风险评价结果与实际情况相符,可为城市燃气管道风险预警与管理提供依据。     

基于N-K模型的海上交通安全风险因素耦合分析

为定量分析海上交通安全风险因素间的影响关系,识别导致海上交通事故的关键因素,分别从单因素、双因素和多因素的角度分析了人、船、环境、管理等风险因素间的耦合关系,运用N-K模型构建了海上交通安全风险耦合度量模型,结合中国海事局、德国联邦海事事故调查局、英国船舶事故调查局和美国国家运输安全委员会等海事调查机构公布的710起海上交通事故,利用所构建的模型计算出不同风险耦合的发生概率和风险值。结果表明:风险耦合因素越多,海上交通事故的发生概率越高;人的因素是引发海上交通事故的重要原因。     

城市燃气铸铁管道的风险辨识与评价模型

对城市燃气管道在运行过程中的风险因素进行了辨识,讨论了铸铁管道风险的特殊性。根据故障树分析法、层次分析法与专家调查法对风险因素进行分析评判,建立了城市燃气铸铁管道风险评价的失效可能性模型。     

基于N-K模型和SNA的新能源汽车燃爆风险因素耦合分析

新能源汽车燃爆事故涉及人、车、充电设备(桩)和环境等多风险因素。从系统层面确定最大风险耦合形式及关键风险因素对提升我国新能源汽车安全水平具有重要意义。通过收集整理我国2016—2020年发生的191起新能源汽车燃爆事故案例，运用N-K模型计算风险耦合值；利用社会网络分析(Social Network Analysis, SNA)将风险因素作用关系可视化，分析风险因素网络中各节点中心度及可达性；结合N-K模型和SNA对风险节点的出度进行修正，确定新能源汽车燃爆事故中的关键风险因素，并据此提出安全防控策略。结果表明：多风险因素耦合导致事故发生的概率较大；控制车-环两因素风险耦合可有效避免燃爆事故发生；高温、低温、浸水、路面异物碰撞和电池管理系统故障是需要重点防范的关键风险因素。     

基于N-K模型的煤矿顶板事故风险因素耦合分析

在事故预防过程中为研究煤矿顶板事故安全风险的变化情况,对影响煤矿顶板事故中的人因因素、设备因素、环境因素和管理因素等进行风险耦合研究。通过国家安全生产监督管理总局的事故查询系统,检索得到2006~2016年所发生的188起典型煤矿顶板事故,从单因素、双因素和多因素角度分析,构建基于复杂网络的N-K模型,计算出不同风险因素之间的耦合关系。结果表明,耦合因素的增加,会导致风险增加;人的因素参与耦合会导致事故风险加大,是煤矿顶板事故的重要原因;预防和控制人—机因素参与耦合可以为本质安全化的煤矿顶板事故预防措施提供新的思路。     

软岩隧道塌方事故致灾因素耦合分析*

为减少专家主观判断对软岩隧道塌方事故评估的影响,提出1种从事故出发逆推分析事故致灾因素耦合机制的方法。基于142个隧道施工塌方事故案例,系统总结隧道塌方事故致灾因素,对塌方事故的致灾因素出现频率进行排序;从致灾因素之间关联耦合关系出发,结合隧道施工塌方事故的多因素耦合致灾机理,研究隧道塌方事故产生过程的多因素耦合路径和耦合过程;采用N-K耦合模型开展隧道塌方事故多因素耦合路径下的耦合关联值评估,并对耦合关联值进行排序从而找到控制塌方事故发生的致灾因素组合。结果表明:除4个主要致灾因素的全耦合外,围岩岩性-降雨-地下水的耦合关联值是洞身段中最大值,为17.79%,围岩岩性-偏压-地下水的耦合关联值是洞口段中最大值,为24.02%;洞身段的围岩岩性-地下水因素和洞口段的围岩岩性-偏压因素分别对耦合关联值大小起决定影响;耦合关联值不具备叠加效应,2因素耦合关联值可能比3因素耦合关联值更大。研究结果可为提高隧道事故分析与安全防控提供科学依据。     

堆载作用下埋地管道应力影响因素及失效荷载研究*

为探究地面堆载导致埋地油气管道失效的事故影响因素,通过对管道在堆载作用下的工程案例进行概化,以X70管道为研究对象,采用有限元软件建立管道在堆载作用下的三维模型,采用理论计算验证模型的可行性,开展管道应力与变形分析,探讨不同的堆载强度、管道埋设深度、下卧层土体杨氏模量、管道内压与堆载偏移距离对管道应力的影响,同时开展多因素耦合研究。研究结果表明:深埋管道会促进附加应力向两端扩散,管道中心部位以外的应力值呈现为深埋＞浅埋;当下卧层杨氏模量大于20 MPa后,管道偏于安全;内压在0~2 MPa时,可以抵消部分堆载对管道的影响,内压大于2 MPa后,管道应力整体增大,此时管道应力由内压主导;得到不同管道埋深与不同下卧层土体杨氏模量耦合工况下X70管道失效时的堆载强度。研究结果可为埋地管道在堆载作用下的安全防护问题提供参考。     

基于贝叶斯网络的页岩气集输管道失效概率计算方法研究

页岩气集输管道运行压力和出砂量在生产过程中衰减显著，这导致管道失效概率不断变化，针对这一问题，采用贝叶斯网络方法，建立了页岩气集输管道失效概率动态计算模型。首先，分析页岩气气质特征、管道运行工况及失效原因，利用逻辑门的连接关系，建立了页岩气集输管道失效故障树；其次，基于贝叶斯网络与失效故障树的结构映射关系，将失效故障树转化成贝叶斯网络结构；然后，通过贝叶斯网络的参数学习，实现模型求解；最后，进行了实例应用。研究结果表明:该模型不仅可有效计算页岩气集输管道的失效概率，还能确定影响管道失效的关键风险因素，并且可通过调整节点的状态及概率分布，实现页岩气集输管道失效概率的更新。     

基于贝叶斯网络的城市地下燃气管网动态风险分析

为研究城市燃气管网风险的动态性,针对传统风险分析方法的局限性,提出基于贝叶斯网络的燃气管网动态风险分析方法。构建燃气管网失效蝴蝶结模型并将其转化为贝叶斯网络模型;在事故发生状态下更新事件失效概率,识别出关键因素;根据异常事件数据和贝叶斯理论,对基本事件失效概率进行实时动态改变;随之更新管网失效及各后果发生的概率,从而实现管网的动态风险分析。研究结果表明:该方法克服了传统风险分析方法的不足,可动态反映燃气管网失效和事故后果发生概率随时间变化的特征,能够为城市地下燃气管网的风险分析与事故预防提供参考。     

基于FITNET FFS模型的腐蚀管道失效概率敏感性分析

为了获取影响腐蚀管道失效概率的关键因素及敏感性规律,基于FITNET FFS模型,采用可靠性理论对国内某腐蚀管道的失效概率进行计算和分析。通过全寿命方法计算了腐蚀增长速率,从而得到了与时间相关的腐蚀管道损伤概率模型,并采用蒙特卡罗模拟算法进行求解,得出了不同年限下腐蚀管道的失效概率;采用变异系数法对各影响因素进行参数敏感性分析。研究结果表明:管道直径、壁厚及径向腐蚀速率的分散性对管道失效概率具有双向扰动作用,其机理在于随机变量的分散性和腐蚀速率同时影响失效概率的波动,开始阶段随机变量分散性起主导作用,两者在管道失效概率达到50%会趋于一个平衡状态,之后腐蚀速率起主要支配作用;另外,管材的抗拉强度对腐蚀管道失效概率的影响较屈服强度的影响更大,可靠性分析时采用只考虑屈服强度的强度模型将存在一定的局限性,建议同时考虑管材抗拉强度的影响。     

城市快速过境通道衔接节点交通风险耦合致因模型研究

为了定量分析城市快速过境通道衔接节点交通风险致因,基于2010—2017年云南发生的731起城市快速过境通道衔接节点交通事故数据,将运行风险分为人、车、路、环、管5个方面并选取耦合因素;综合使用熵权法、TOPSISI法及N-K模型,构建TOPSIS-N-K耦合度模型度量单因素、双因素及多因素耦合度,并以云南城市快速过境通道衔接节点为例进行分析验证。研究结果表明:强耦合会使风险造成的后果更严重,交通风险随耦合因素增多而升高;2010年以来衔接节点交通风险由无序向有序化发展,安全性逐年提升;风险耦合人的因素中“不良车道变换”与其他要素的耦合通常表现为强耦合,路的因素中“纵坡坡度”与其他要素耦合度较高,应加强人、路因素中车道、纵坡及限速方面规范建设。     

基于多因素耦合的井筒完整性风险评价

为了合理开展井筒完整性评价,提出合理的管理措施,综合考虑管柱力学、管柱腐蚀、管柱及附件密封、水泥环力学、地层以及油气井管理等关键节点及因素的相互耦合协同作用,分析多因素耦合协同作用对井筒完整性的影响。对于管柱力学等具有比较明确物理意义且可以量化的因素,采用定量分析评价;对于操作管理等难以量化的因素采用定性评价,对于腐蚀环境因素采用定量与定性相结合的方法进行评价;在定性及定量评价的基础之上,对关键节点进行风险概率和风险影响程度的划分及量化,再基于层次分析及风险矩阵的方法建立井筒完整性评价模型;基于模型编制了相应的计算程序,并对某高腐蚀性气井开展了井筒完整性评价。评价结果表明,在影响该井井筒完整性的风险因素中,高酸性气体腐蚀是造成该井井筒完整性失效的主要因素。     

基于TVR的腐蚀油气管道失效概率及安全寿命研究

为避免因腐蚀导致油气管道失效,针对因管道特性和腐蚀尺寸的不确定性使得管道剩余强度成为概率模型的特点,建立了腐蚀管道强度损失随机模型;借助可靠性理论,通过分析管道腐蚀进程的时变性特点,将管道系统由损伤积累和抗力衰减导致的剩余强度随机化;提出基于穿越率的腐蚀油气管道失效评定及安全寿命预测方法。研究结果表明:腐蚀速率和运行压力对管道失效概率及安全寿命影响显著,管道尺寸影响适中,而相关系数和拉伸强度影响较小;若腐蚀速率Va=0.2 mm/a,VL=10 mm/a或局部腐蚀缺陷半径达到管道壁厚的0.5倍时,建议作为重点风险段监测并检修。所建方法是对腐蚀油气管道运营监控和风险评估的有益补充。