基于风险矢量图的多场景保护层分析方法研究*

为解决多场景保护层分析（LOPA）存在的问题,建立风险矢量导图,将事故场景、独立保护层、修正因子、事故后果发生频率等因素进行系统分析,分别采用最大值法求和法计算后果发生频率,探讨多重初始事件导致事故发生频率的最优计算方法;阐述点火源、暴露因子以及致死概率等修正因子的使用方法并提出改进建议,避免常规LOPA下致死概率过高的问题。以柴油加氢装置原料油缓冲罐液位过高风险点为例,进行多场景LOPA,应用综合计算法得出多重初始事件导致的液位高后果失效频率为3.2E-02。结果表明:风险矢量导图和正确使用修正因子可有效提高LOPA的质量;不同初始事件导致的场景失效频率值相差较大或存在共用保护层的情况适用最大值法,其他情况则可采用求和法;如果多场景同时适用最大值法和求和法,则采用综合计算法;求和法过于保守,最大值法过于乐观,综合计算法更为准确。     

基于修正因子的油气管道失效概率评估

失效概率评估是定量风险评价的基础,为降低油气管道定量风险评价过程中不确定性因素的影响,建立基于修正因子的油气管道失效概率评估模型。参考国外油气管道失效数据库,获得管道6类失效因素的基本失效概率;用与管道的损害机理、周边环境以及管理水平等因素有关的修正因子,修正基本失效概率,评估目标管段各失效因素的失效概率;将各因素引起的失效概率相加得到目标管段的失效概率。将该模型应用到某条长输管线。结果表明,由挖掘损伤导致失效的概率最大,应重点防范。     

多层次灰色综合评价法在储罐失效概率评估中的应用

为更科学地研究我国常压原油储罐失效概率的影响因素,提出基于层次分析法(AHP)和灰色综合评价模型的多层次灰色综合评价法。从基于风险的检验(RBI)失效概率评估过程出发,建立常压原油储罐的失效概率数学模型;在系数修正法的基础上,将设备修正因子划分为一级目标层A、二级要素层B和三级指标层C,利用AHP法计算出各评价指标的权重;引入灰色综合评价模型评价各指标;将多层次灰色综合评价法运用到一个实际案例中。结果表明:该方法处理多因素、多层次的综合评价时,可以避免传统打分法可能造成的风险遮蔽问题,同时可以得出各因子对于设备修正系数的影响大小排序。     

基于贝叶斯分析的储罐失效概率修正方法研究

为了确定大型地上常压储罐的失效概率,分析了储罐失效数据特点。针对当前风险评价中大型地上常压储罐失效概率并没有以大型地上常压储罐失效样本为基础的情况,提出了用贝叶斯分析方法修正其基本失效概率,并以国外统计数据为样本,采用贝叶斯分析方法对12组储罐的失效概率进行了修正。结果表明:1贝叶斯分析方法以同类失效数据为历史数据估计了先验分布参数,失效数据变异系数变小,降低了失效数据的不确定性;2贝叶斯分析方法修正后失效概率均值更加集中,更新后失效概率有一定程度的提高,中间个别年份失效概率较高,总体上失效概率逐年降低;因此,实际应用中可根据储罐新旧情况选择合适的失效概率值。     

高含硫气田集气站设备定量风险评价

为预防高含硫天然气泄漏事故和制定设备检测策略,对集气站设备进行定量风险评价。利用DNV Leak数据库得到集气站关键设备的同类失效频率,利用API 581标准对同类失效频率修正得到失效频率。用PHAST软件计算4种典型泄漏孔尺寸的燃烧爆炸和毒性的影响区域范围,确定设备的燃烧爆炸风险和毒性风险。结果表明,利用该方法能够确定设备风险大小顺序。     

天然气管道不同孔径泄漏失效概率量化方法研究*

为研究不同孔径泄漏下天然气管道失效概率,首先基于EGIG数据库和UKOPA数据库天然气管道历史失效数据,计算由不同失效原因导致3种孔径泄漏所占比例;然后将我国管道各原因基础失效概率按照对应比例分别进行修正,获得较适用于我国天然气管道特点的不同孔径泄漏基础失效概率;最后分别考虑第三方破坏、腐蚀、施工缺陷/材料失效、误操作、自然力破坏5种失效原因,完成对天然气管道不同孔径泄漏基础失效概率的修正计算。研究结果表明:小孔泄漏、中孔泄漏和破裂泄漏的基础失效概率分别为0.173,0.128,0.048次/（103 km·a）;修正因子包括管径、埋深、壁厚、管龄、防腐层类型、管道所处区域,上述因子能够满足不同场景下天然气管道失效概率的修正计算;概率量化方法综合考虑失效原因、泄漏孔径以及管道本体信息,能够定量化预测天然气管道失效概率,为天然气管道定量风险评价提供数据支撑。     

基于UPM的柴油机冷却系统共因失效分析

为在应用β因子模型分析系统的共因失效时,合理地确定β因子值,提高分析结果的精确性,提出一种基于整合部分法(UPM)的共因失效分析方法。首先,建立系统故障树模型,获取各基本事件的结构重要度并确定共因部件组;然后,建立包含共因失效基本事件的系统故障树模型,并通过筛选分析确定重要的共因失效基本事件,应用UPM确定共因部件相应的β因子值,计算各主要部件以及系统故障发生的概率;最后,以柴油机冷却系统的共因失效分析为例,验证所提方法。结果表明:采用基于UPM的共因失效分析方法可以准确估计β因子值,并能针对共因失效的基本事件精确分析各主要部件共因失效的影响程度。     

基于CREAM和贝叶斯网络的航空维修人为差错概率预测

航空维修差错不仅严重威胁着飞行安全,同时也会增加航空公司的维修成本。针对航空维修人员发生差错成因的复杂性以及历史事故数据缺乏的情况下,将人因可靠性与失误分析方法（CREAM）和贝叶斯网络（BN）相结合,提出一种改进的维修差错分析模型。根据维修任务构建相应的贝叶斯网络模型,为各子节点设置条件概率表（CPT）;基于维修基地的实际维修环境,对行为形成因子（PSFs）进行评估,得到共同绩效条件（CPCs）的水平;利用各CPC因子下各个行为功能失效模式的权重因子,对各认知活动进行失效概率的修正;将修正概率作为贝叶斯网络根节点的输入,利用推理机制,得到差错发生概率。通过案例分析和计算,验证了所述方法的可行性和有效性。     

基于N-K模型的城市燃气管道失效可能性因素耦合分析

为分析多因素耦合作用对城市燃气管道失效可能性的影响,构建了基于复杂网络的N-K模型;应用轨迹交叉理论分析管道失效可能性因素的耦合作用机理;基于N-K模型对2011—2014年所发生的1 127起城市燃气管道事故进行耦合分析,计算不同耦合方式发生的概率和耦合值。结果表明:多因素耦合过程中,参与耦合的因素越多,管道失效的概率越大,但耦合发生的频率却随耦合因素的增加逐渐减少;环境因素和人为因素参与耦合时,管道失效的概率较大。     

基于FTA-BN模型的页岩气井口装置失效概率分析

为研究页岩气井口装置失效问题,采用故障树分析法(FTA)和贝叶斯网络(BN)相结合的方法,构建井口装置失效概率分析模型。首先,分析井口装置失效原因,建立失效故障树;其次,基于映射算法,将失效故障树转化成BN模型;然后,对BN模型进行多态性和不确定性修正;最后,依托BN的双向推理能力,预测井口装置失效概率,辨识失效关键因素。结果表明:井口装置失效概率为1. 31×10~(-2);导致井口装置失效的关键因素为误操作、盘根老化和螺栓松动; BN模型经过修正后,失效概率相对提高3×10~(-3)。     

海上平台静设备失效概率计算方法适用性研究

针对RBI评估失效概率计算方法对海上平台静设备的适用性,基于国内海上平台设备失效数据统计现状,提出以数据库软件为基础建立RBI评估系统的建议,以获取更加可靠的通用失效概率;对比国内外腐蚀减薄损伤系数计算方法的差异,根据海洋环境恶劣,静设备腐蚀严重的特点,结合模糊数学理论,提出更为保守的计算方法,并选取渤海某平台静设备验证新方法的适用性。结果表明,新方法得到的失效概率等级分布更为均匀,高失效概率等级的数量增多,符合海上平台静设备失效概率高的特点,但仍需通过生产实践来检验其可靠性。     

SFT下的云化故障概率分布变化趋势研究

为了扩展空间故障树SFT的应用性,特别是处理具有离散性、随机性和模糊性(不确定性)的实际运行中系统产生的故障数据,利用云模型重构系统故障概率分布变化趋势的计算方法。通过故障概率分布变化趋势可得到系统故障概率随某一因素变化情况。建立云化故障概率分布变化趋势方法的目的在于,对于可靠性数据普遍存在的不确定性可使用云模型进行表示;构建的故障概率分布函数是连续的,可进行函数求导以方便得到变化趋势。将云化故障概率分布变化趋势方法应用于经典实例,得到了一些定性和定量结果。论述了该方法在理论和实际应用上的价值。     

基于可靠度理论的RBI修正模型研究

基于风险的检测技术包括定性RBI判断和定量RBI计算,定性判断得到风险相对的高低,风险相对较低者则不必进行定量RBI计算,风险高者再进行下一步定量RBI计算。在API581中,国外风险分析统计表明,石化企业的风险分布范围有一个所谓的"二八"现象,即"80%的风险是由20%的设备引起",中高风险以上的设备范围一般在20%左右。但我国十套装置风险分析结果发现,这个结论在我国并不适用,我国中高风险设备往往在40%左右。论文分析了API581在中国应用的局限性,引入可靠度理论计算设备失效概率,预估未来的失效概率或可靠度,可以完整地以RBI方法在得知失效后果和失效概率下,评估出此设备在整个系统中所处的地位,从而适当地分配检测、维修资源,在RBI完成后再进行风险评价进而完成风险评估过程。     

水平定向钻穿越施工的失效可能性研究

水平定向钻穿越施工是管道穿越工程的一种主要施工形式,在施工中由于地质条件、设备使用和穿越工艺选择等原因使其存在风险,因此有必要对其失效可能性进行研究。建立了包含“人、机、料、法、环”五方面的水平定向钻施工失效可能性指标评价体系,对于特征影响因素,如扩径比、管土摩擦系数等,运用回拖过程的力学分析得出其分布规律,用模糊化的方法将底层指标分值转化为先验概率,再代入贝叶斯网络进行概率推理,最终确定其失效可能性。以某管道工程采取水平定向钻穿越河流为例,得出其失效可能性等级为“较高”,最后提出了相应的控制措施。运用贝叶斯网络研究水平定向钻穿越施工的失效可能性具有重要的工程应用价值和现实意义。     

配电设备的风险评估与状态检修决策方法

针对当前配电设备采用的定期检修方式未将可靠性与经济性综合考虑的问题,提出1种基于风险评估结果确定配电设备状态检修决策的方法。首先,根据配电设备健康状态评估结果计算配电设备实时健康指数,利用指数模型对配电设备的实时故障率进行计算;然后,采用最小路法计算配网中所有设备的平均实时故障率,并结合停电时用户损失严重度、配电设备损失严重度和环境损失严重度确定配电设备故障后果严重度;最后,利用风险偏好型效用函数量化计算配电设备的经济运行风险水平,计算各配电设备的相对风险值,并以相对风险值为指标确定各配电设备的状态检修策略。结合算例对所提的方法进行验证,结果表明该方法合理有效。     

基于响应面法和强度折减法的边坡可靠性计算研究

针对边坡安全系数是隐式函数的特点,提出将有限差分强度折减法和响应面法(RSM)相结合,分析边坡可靠性的方法。采用安全系数、破坏概率及对应的临界滑动面等,作为综合评价边坡稳定性的指标。算例验证表明,笔者提出的计算方法所得结果与其他方法比较接近,且更能反映边坡真实的工作状态。对某钢铁基地工程的昔格达组地层边坡,采用新的计算方法进行可靠度分析,对比研究确定性破坏模式和概率破坏模式中剪应变增量和破坏区的分布。研究结果表明,均值强度较高的边坡岩土体,如果变异系数较大,便仍处于较高风险水平,虽然边坡整体的安全系数满足工程要求;均值安全系数和最小可靠度指标对应的破坏模式也是有差别的。     

基于GM-SVR的小样本条件下化工设备可靠性预测

为了准确预测化工设备可靠性趋势，针对化工设备失效寿命数据为小样本的情形，基于灰色估计法与支持向量回归机在小样本数据处理中的优势，建立了失效寿命时间服从三参数威布尔分布的化工设备可靠性模型；结合GM（1，1）和SVR对模型进行参数估计，在压缩机可靠性分析中进行了实例应用，对比分析了最小二乘法、灰色估计法和GM-SVR的估计效果。研究结果表明:GM-SVR对威布尔分布参数的估计精度明显优于最小二乘法和灰色估计法，可以有效地应用于化工设备失效数据为小样本时的可靠性预测。     

基于Bayesian网络的常减压装置设备故障概率分析

为分析影响常减压蒸馏装置平稳运行的设备失效模式及故障部件,基于1 151条设备故障数据,采用Bayesian网络分析方法,分别对离心泵、压缩机、电动机构建基于Bayesian网络的设备故障概率分析模型,分析故障部件、失效模式、故障后果之间的定量概率关系。研究结果表明:离心泵、压缩机、电动机停运的关键致因部件分别为轴承箱密封故障、活塞环故障、轴承故障,同时得到导致设备停运的故障部件敏感度排序。研究结果有助于提高设备故障风险防范及检维修工作效率,同时可为备件优化方案提供思路。     

承压类特种设备系统性风险研究

传统的风险评估或基于风险的检验主要针对设备的失效可能性和失效后果,而失效后果未考虑失效对社会产生的影响和冲击力。同一类型的设备在网络知情人数不同或人们心理承受能力不同的场合发生失效后产生的社会影响力存在差异。本文引入失效事件对社会的影响力修正因素即影响力强度,影响力强度既反映事故等级,又反映网民对事故的关注程度。在传统的风险概念的基础上,由影响力强度对失效后果进行修正后形成系统性风险模型。当事故等级较高,或当一个事故的关注度高,网络知情人数初值增大,影响力强度增大,系统性风险也随之增大。所建立的系统性风险模型很好地解释了同一类设备失效后在不同场合的社会影响力不同的现象。