海洋延寿平台随机冰激响应与损伤评估

直立结构上冰力作用是国际海洋石油工程界研究的一个热点,尽管很多学者建立了各种冰力破碎模型,但是这些理论模型实现对冰与直立结构交互作用过程的量化模拟还存有较多困难.针对胜利油田大量海上平台超期服役现状,选择渤海现场实测的随机冰力时程曲线,考虑腐蚀减薄、桩基冲刷、海生物附着等服役损伤,建立海洋延寿平台结构有限元模型,研究随机冰力作用下海洋延寿平台构件的时程响应,采用疲劳等效应力幅来描述随机冰激疲劳应力过程产生的疲劳效应,最后基于Miner线性累积疲劳损伤模型采用S-N曲线法评估平台构件的疲劳损伤,该方法为进行可适合工程应用的渤海延寿平台疲劳评估提供了思路.     

海洋平台振动监测技术试验研究

为保证海洋平台服役期间安全运行,以实验室海洋平台模型为研究对象,开展有关振动监测技术的试验研究。通过预制损伤等物理手段,模拟海洋平台模型完好与损伤状态。使用加载设备对平台模型加载,采集其在不同加载角度、频率与增益下的动力响应。对振动传感器校准后,利用传感器、信号调理仪以及信号采集软硬件设备,组成监测系统。分析试验数据,调整相关试验参数,选取最佳信号采集状态。选取双谱分析法对试验数据进行信号处理,得出平台模型完好与损伤状态的数据变化。结果表明:根据振动监测数据的双谱模量与频率分布,能够识别损伤。     

基于RBI技术的海上平台延期服役静设备定量化安全评估技术

针对海上延期服役平台静设备的安全风险评估与控制问题,应用RBI风险评估技术的评估理论和方法对海上延期服役平台静设备的定量化安全管理方法进行了实践和探索,并选择某延期服役平台进行风险分析相关结论的工程验证。其具体过程是运用定量RBI技术,首先根据工艺流程和介质特点对海上平台静设备分别进行了物流回路和损伤回路的划分,并以此为基础对延期服役平台静设备的安全风险进行定量评估,进而得出各静设备单元的失效可能性、失效后果及风险等级,最后通过得出的损伤模式、损伤机理及对应的腐蚀速率,从而制定针对性的检测策略。将利用这些检验策略所检测出的真实情况与分析结论进行对比,最终验证了RBI技术在延期服役平台静设备风险评估方面具有很强的适用性。     

基于动态风险平衡的海洋平台事故连锁风险研究

针对海洋平台事故风险特点,提出动态风险平衡概念,以此建立事故动力模型,并将该模型运用到墨西哥湾"深水地平线"井喷事故。动态风险平衡表征事故动力与事故阻力之间的动态平衡状态,具有动态性和暂时稳定性。事故动力模型以海洋平台可能发生的重大事故为研究对象,从工艺、技术和管理等角度分析事故可能致因和事故发展可能影响因素。该模型首先分析对象的初始事故动力,建立事故连锁风险图,然后计算初始动力发生情况下,传递动力和传递阻力的概率分布,最后提出相应风险控制措施。实例分析表明,基于动态风险平衡建立的事故动力模型能有效分析海洋平台事故连锁风险。     

海洋钻井平台事故致因分析与评价指标研究

该文在广泛调研国内外已发生的海洋平台事故基础上,从人因失误、工艺设备、物料危险、管理缺陷和危险环境五个方面系统分析事故致因因素,提出海洋钻井平台事故致因评价框架,提出5个一级评价指标和24个二级评价指标,根据层次分析法,计算确定各指标的标准权重值.最后针对某在役海洋钻井平台,开展实例研究.为实际评价海洋钻井平台事故风险提供一种新方法,具有一定的实际应用价值.     

中国海油应急救援队伍建设

海上石油及天然气生产是国际上公认的高风险行业。在海洋石油及天然气的生产过程中，由于生产平台面积狭小、人员集中、设施密集、远离陆地，一旦发生各类生产事故，外部救援极为困难。所以，海上油田生产过程中必须要有一支高效可靠的应急响应队伍，在突发事件发生时能够迅速启动，将生产安全事故消灭在初始状态，避免造成灾难性的后果。     

大型公用建筑项目安全风险“致因-承担”模型

在大型公用建筑项目实施过程中,项目各利益相关者往往片面注重自己对安全风险后果的承担责任和对策研究,忽视对项目总体安全风险的系统分析。其实,不同利益相关者给项目带来的安全风险及对安全风险的后果承担有着高度关联、相互依存的特点。本文借鉴投入产出理论解决问题的思路,建立了安全风险"致因-承担"模型,通过安全风险"致因-承担"分析表对利益相关者的安全风险致因与安全风险承担进行了量化分析,确定了各利益相关者的安全风险"致因-承担"差额,并应用安全风险玫瑰图对评价结果进行了直观的表达和分析,提出了决策者针对不同利益相关者所采取的安全风险管理重点。安全风险"致因-承担"模型为平衡各部门的利益、解决纷争提供了一种行之有效的定量研究技术工具,是对投入产出分析应用领域拓展的一种新尝试。     

现役近海老龄平台延寿决策模型

为合理预测老龄平台的动态经济寿命,降低复杂不确定服役环境对平台的运营风险,建立老龄平台延寿决策综合模糊评判模型的结构流程。从影响平台服役状态的工程因素、结构因素、荷载因素和风险因素4个维度进行分析和调整,构建阶层结构;采用模糊理论建立正倒值矩阵,综合专家意见计算各因素权重;引入凹陷因子、裂纹因子、腐蚀因子以及冰荷载因子对影响因素进行合理量化,建立海洋石油老龄平台延寿决策评分准则;采用逻辑运算计算综合评分,建立老龄平台延寿决策参考表,进而依据该表确定平台延寿基准期;利用决策模型对2座海洋平台进行延寿决策,并将其结果与传统评判结果进行对比分析。结果表明,采用本模型能够更加精确地描述平台的动态经济寿命,为复杂不确定环境的老龄平台延寿决策提供一种新的计算思路。     

水下气体泄漏海面火灾后果预测及评估

为评估水下气体泄漏在海面形成的火灾后果,针对某海洋钻井平台上风向浅层气井喷导致的火灾场景,构建水下泄漏海面气体火灾后果预测与评估模型;模拟分析风载荷作用下的海面气体火灾演化过程,预测火灾高温和热辐射通量的时空分布特征;评估海面气体火灾对临近下风向海洋钻井平台钢结构及作业人员安全的影响。结果表明:海面气体火灾在风载荷作用下约40 s达到稳态,稳态火焰几乎覆盖整个海洋钻井平台上部,最大火焰高度约96 m;整个海洋平台都会受到火灾高温和热辐射的影响,火灾影响区域的最高温度达到1 500℃,热辐射通量为539 kW/m~2;持续的高温和热辐射作用会使平台钢结构发生断裂或坍塌,造成作业人员严重伤亡。     

基于风险定量分析的化工装置事故演变动态模拟

为研究化工装置在突发事故情景下事故各阶段演变趋势规律和差异情况,进行定量评估化工装置风险,在此基础上确定重点监控化工装置。基于系统动力学原理和方法以及Vensim软件仿真模拟功能,以层次变量"安全防护性能→事故隐患危险性"作为主要变量,辅以多个辅助变量(即影响因素指标)的补充和完善,构建突发事故情景下事故各阶段的化工装置事故演变规律因果图和系统图并模拟。仿真模拟结果表明,安全防护性能和事故隐患危险性在化工事故情景下的事故演变趋势存在明显差异,相对于以往单一的对化工事故后果的定量风险分析,其对事故演变过程进行动态模拟研究有较明显的进步。     

海上钻井平台安全风险预警模型应用研究

2010年美国墨西哥湾“深水地平线”钻井平台爆炸和2011年我国蓬莱钻井平台井涌事故,引发社会各界对海上钻井平台安全问题的关注.介绍了海洋钻井平台的组成结构,对海洋钻井平台的危险源进行了系统辨识,试图通过对海上钻井平台作业现场危险因素加以观察,诊断、分析警源、警情,警兆,警级,结合专家意见,从人员、设施设备、安全管理、工程地质、海上环境等几个方面建立海上钻井平台安全风险预警体系,采用改进的层次分析法,得出指标权重,构建海洋钻井平台安全风险预警模型,得到量化的预警结果.并通过对某钻井平台的实例分析,提出安全风险的预控对策,以期本模型对海上钻井平台的事故的发生起到一定的防范作用.     

风暴灾害下海洋油气工业重大事故演化层次研究

为保证风暴灾害等极端环境下海洋油气作业安全,提出基于扎根理论和决策实验室分析法-解释结构模型(DEMATEL-ISM)的事故演化层次研究方法。首先,通过风暴灾害下海洋油气工业重大事故案例的统计分析,探讨事故发生与外部环境因素和内部特征因素的相关关系;然后,利用程序化扎根理论开展自下而上的客观归纳,对事故致因因素编码并形成概念和各级范畴;最后,结合DEMATEL-ISM自上而下主观演绎的特性,确定事故的演化层次。研究结果表明:较高的风暴强度、较长的服役年限、较低的自身等级和风暴频繁发生的季节及区域等都是导致事故发生的潜在风险;事故演化层次中B4和B3等2个层级交互关系具有涌现性的特征,恶劣气象条件和风险意识缺乏是事故发生的根本原因,支撑结构受损和水密完整性损失是事故发展的关键节点,平台设施受损是事故演化的必由路径,加强上述因素的管控可有效降低极端灾害下的海洋油气作业风险水平。     

连续油管疲劳损伤的磁记忆检测试验研究

连续油管工作在大位移塑性变形条件下,受力复杂,工况恶劣。其破坏形式多种多样,尤以疲劳居多。根据连续油管的工作原理,利用磁记忆检测方法,进行连续油管全尺寸疲劳试验,研究连续油管在内压、轴向拉伸及弯曲等交变载荷作用下,疲劳破坏过程的磁记忆特征信号变化规律,采用区域积分面积-寿命关系曲线,分析大位移塑性变形下的连续油管疲劳损伤过程的磁记忆信号特征值的规律。试验表明:磁记忆特征值可以很好的描述连续油管疲劳损伤程度,为现场连续油管服役过程工作寿命及损伤程度的判定提供依据。     

残余能量差法用于在役结构无损检测的研究

在役结构因其原始指纹不易获得,使得对其进行损伤检测存在一定的困难。基于动力检测方法的原理,提出了一种新的损伤识别指标———残余能量差,并且推导了各节点对于残余能量差贡献的表达式。根据结构损伤前后的残余能量差的变化可以判断损伤的发生与否及其损伤位置,它不需要结构的完好指纹作为比较,适用于在役结构的无损检测和状态监测。数值模拟和试验测试的结果都证明了该方法的有效性。     

基于VP-MFC的采煤机摇臂系统齿轮性能退化可靠性分析

齿轮作为采煤机摇臂系统的关键零件,其性能退化对采煤机的工作可靠性有着重要影响。建立了采煤机摇臂系统的刚柔耦合虚拟样机（VP）模型,基于仿真结果,计算得到温度载荷,应用ANSYS对摇臂系统的薄弱齿轮副进行多场耦合（MFC）分析,得到了齿轮的温度场及结构场云图。建立引入裂纹后的齿轮有限元模型,利用FRANC3D对其进行断裂裂纹扩展数值模拟,得到了齿轮的裂纹前缘应力强度因子、扩展轨迹与疲劳寿命。提出以齿轮的裂纹扩展疲劳寿命和可靠度为退化指标的定量评估方法,结果表明齿轮性能退化成指数分布。将虚拟样机、多场耦合与断裂力学相结合,为齿轮性能退化可靠性研究提供了新的方法。     

基于事故发展与控制的隐患分级方法

为使隐患管理工作更加科学,对隐患与事故的关系进行研讨,提出隐患的根本属性是能够促使事故发生或发展。通过预估促使和控制(阻碍)事故发展的因素,来揭示隐患在事故过程中的作用机制。根据发生作用的时间将隐患分为第1类隐患和第2类隐患。在风险评估过程中,解决了具体隐患风险分级的问题,提出隐患暴露频率、其他条件的可能性、隐患纠正系数、事故后果初始分值、人员防护修正系数、人员暴露修正系数、应急处理与事故控制修正系数和财产损失修正系数等评价指标。通过隐患致因事故风险的计算,评估隐患的最终风险。     

障碍物排列方式对海洋平台蒸气云爆炸的影响

为了了解障碍物排列方式对海洋平台蒸气云爆炸的影响,基于CFD方法建立蒸气云爆炸计算模型,选用国外MERGE项目的系列爆炸实验进行模型验证,提出用于衡量障碍物排列不均匀度的量化参数,针对海洋平台典型结构形式,分析障碍物排列方式对爆炸强度的影响。研究结果表明:蒸气云爆炸后果对于结构排列方式比较敏感,结构障碍物间隔均匀排列的形式造成的爆炸冲击作用最大;在爆炸发展初期阶段,障碍物阻塞程度对超压产生和发展影响更加显著。最后,基于研究结果,给出在海洋平台油气泄漏危险区将管线沿甲板非均匀排列布置等防控建议,为海洋平台蒸气云爆炸安全防控提供理论指导。     

基于损伤力学的桥式起重机疲劳寿命分析

为了评估桥式起重机金属结构的前期寿命,保证起重机的工作安全,需要建立对应的损伤理论模型并结合结构疲劳合算点的疲劳应力谱来评估寿命.通过Q235B钢的常温静拉伸疲劳试验获得不同循环应力(220～300 MPa)下的疲劳寿命,在双对数坐标下通过拟合得出lg(1-D)与lg(1-N/Nf)的线性关系,继而确定损伤模型中的初始损伤值D0和损伤指数q,从而建立20℃下的Q235B钢损伤退化模型.以动态仿真计算桥机的疲劳危险点应力-时间历程,通过雨流计数法建立桥式起重机应力谱.通过ANSYS仿真分析桥式起重机金属结构受力状态,计算各危险点在不同应力情况下的损伤累积,以临界损伤为界(De=0.2),评估桥式起重机金属结构的前期寿命.通过上述方法评估某厂桥机的前期寿命为37.72 a.研究表明,损伤力学结合应力谱评估前期寿命的方法是可行的,可为起重机日常维护管理提供参考.     

极端海况下海洋石油结构的风险评估

根据中国海上石油工业缺乏独立的风险评价体系的现状 ,笔者对极端海况进行了环境荷载的联合概率分析 ,利用随机模拟技术 ,求解结构的失效概率 ,提出结构失效分析的新方法 ,并利用DNV提供的历史数据 ,对结构失效的后果做了适当分析。以埕北 12 C井组平台作为实例 ,对平台甲板高程 (AirGap)失效分析进行了实例计算。结果表明 ,使用多维联合极值分布理论及相应的求解方法 ,是离岸工程结构物风险评估的重要手段。     

基于疲劳累积破坏机制的储罐结构动力可靠度分析

针对随机风载荷作用下储罐结构动力可靠性问题，以300 m3的中小型立式低温储罐为研究对象，利用AR模型进行数值模拟得到风载荷的脉动风速时程与脉动功率谱密度函数。采用ANSYS建立储罐三维有限元模型，并对储罐进行动力学分析，计算出储罐结构的随机响应，进而求出随机风载荷作用下储罐结构动力可靠性所需全部数字特征，最后利用疲劳累积损伤机制计算得到储罐的动力可靠度。结果表明:假设结构强度不随时间退化，前5 a动力可靠度基本保持不变，随着使用年限的延长，动力可靠度下降速度明显增大。研究方法可为储罐的动力可靠性及寿命预测提供一定的理论依据。