基于子集模拟的埋地管道失效概率评估

对失效概率的评估是管道系统风险评价的核心内容,针对目前对埋地管道失效概率问题研究的不足,采用子集模拟方法（SS）建立埋地管道失效概率的定量评估模型以及参数敏感度模型,并对随机变量进行敏感分析。研究结果表明:子集模拟能利用少量样本定量计算出管道失效概率,有效弥补了管道结构可靠性模型中的不足;在管道运行中期,工作压力、腐蚀速率、管道壁厚和屈服强度是对管道失效概率影响较大的4个因素,而腐蚀因素在管道运行后期成为对系统失效概率影响最大的因素。     

时变可靠性在海底油气管道失效概率中的应用研究

为提高海底油气管道风险管理能力,针对传统管道风险分析大多采用静态时不变可靠性方法的缺点,提出基于动态时变可靠性的腐蚀海底油气管道分析思路,建立了考虑时间因素的腐蚀管道失效概率模型。根据"首次穿越率"概念建立腐蚀管道穿越模型,借助随机过程理论和敏感性分析构建代表腐蚀海底油气管道结构抗力的剩余强度模型和识别影响管道可靠性的关键因素,给出了时变视角下对比附加载荷的在役管道失效概率计算方法。结果表明,随着时间推移,腐蚀速率对管道失效概率的影响最大,运行压力的增加使管道的剩余寿命与可靠性发生显著变化,而拉伸强度影响较小。     

基于模拟的腐蚀管道可靠性分析

腐蚀失效是压力管道失效的主要模式之一。通常采用腐蚀管道剩余强度估算的方法 ,评价腐蚀管道的安全性。腐蚀管道的剩余寿命则采用可靠性理论计算得到。以各种局部腐蚀缺陷的评定方法来建立模拟模型 ,直接采用蒙特卡罗模拟可以计算得到不同时间下的管道的失效概率 ,同时根据目标可靠度来确定腐蚀管道的剩余寿命。含多个腐蚀缺陷的管道的失效概率需要考虑缺陷间的相关性。采用模拟方法可以计算失效概率的秩相关 ,避免采用独立假设来计算管道的失效概率     

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。     

基于双剪屈服条件的输油管道腐蚀剩余强度可靠性研究

提出基于双剪屈服塑性极限条件的管道可靠性爆破压力可靠度模型,在基于剩余强度可靠性理论基础上,着重分析随机参数,即腐蚀深度、腐蚀长度和运行压力的分布情况,通过经典可靠性计算方法、JC法将非正态分布转化成标准正态分布,从而建立起基于双剪屈服条件的管道腐蚀可靠性计算模型。通过提取现场实验数据进行验算,其结果表明:双剪屈服强度理论算得的爆破压力更接近实验结果,该方法降低API579的保守性,大大提高了可靠性的计算精度。     

强降雨环境下公路车辆制动安全性分析

为分析强降雨环境下公路车辆的制动安全可靠性，基于2种停车视距模型引入可靠性理论，将降雨强度、车速及驾驶员思索时间视为随机变量，运用蒙特卡罗模拟方法建立强降雨环境下公路车辆制动安全可靠性分析模型，以研究不同降雨强度、不同车速下公路车辆的停车视距。研究结果表明：降雨强度一定时，2种计算模型的停车视距差值随着车速的增大而增大，车速一定时，2种计算模型的停车视距差值随着降雨强度的增大基本不变；若随机变量服从正态分布，停车视距也近似服从正态分布，且模型Ⅱ的分布均值大于模型Ⅰ,模型Ⅱ的分布标准差近似于模型Ⅰ;车辆的制动失效概率随着车速及降雨强度的增大而增大，车速及降雨强度一定时，基于模型Ⅱ计算的车辆制动失效概率略高于模型Ⅰ;车辆的临界车速随着降雨强度的增大而降低，随着制动失效概率的增大而增大，车辆制动失效概率及降雨强度一定时，基于模型Ⅰ计算的临界车速略高于模型Ⅱ;较传统确定性方法相比，基于可靠性方法可以获得更为合理的雨天行车安全临界车速，当降雨强度为4mm/min,失效概率为0.000 1时，临界车速已低于45km/h。     

改进的一次二阶矩计算埋地管道失效概率方法及其应用

为探究不同影响因素对埋地管道运行安全的影响,基于改进的一次二阶矩计算方法,综合考虑埋地管道环向受力和纵向受力的特性,依据应力-强度理论和钢制管道结构设计规范建立了埋地管道失效结构功能函数;通过对ABAQUS软件中的UVARM模块进行二次开发,建立了腐蚀、温度和不均匀沉降耦合作用下的三维管道-地层整体模型,模拟不同管道参数下的管道状况.运用该方法对工程实例进行了计算,分析可靠指标和失效概率的分布情况.结果表明:埋地管道工作内压与管道失效概率呈正相关关系,管道壁厚和管径与失效概率呈负相关关系;在影响参数变化相同的条件下,管道中部失效概率变化最快,两端的失效概率变化较慢.该模型计算结果体现了管道不同部位失效概率的特点,在管道设计、维护和风险评估方面有一定的借鉴意义.     

随机应力影响下埋地天然气管道可靠性评估方法研究

针对含裂纹缺陷的埋地天然气管道这类随机退化设备，现有的研究方法更多依赖于失效机理分析，由于构建失效机理模型较为困难和复杂，在使用上具有一定的局限性，提出了一种考虑应力影响下的非线性Wiener退化模型。将应力对管道的影响看作随机变量以影响管道的退化速率，同时考虑个体的差异性，获取非线性退化模型更加准确的可靠性评估结果。在首达失效时间下推导出剩余寿命的概率密度函数。然后针对小样本的退化数据，使用极大似然估计方法估计参数，确定分布函数和可靠度。最后利用裂纹数据验证本文提出模型的准确性和有效性。     

城市高压燃气管道的结构可靠性分析

埋地钢管的失效受多种因素影响,目前在城市燃气管道设计及在役管道安全性评估中,忽略了各因素的随机性而将其视为确定量。为分析各变量的不确定性对管道安全运行的影响,根据城市埋地燃气管道受力特点建立了管道失效力学模型,运用可靠性理论对模型中影响燃气管道失效的十三个参数进行了敏感性分析。结果表明:材料屈服强度、管道压力、竖直荷载、管道壁厚、管道弯曲系数、管道基座系数等六个随机参数最容易造成管道结构失效,而其余七个参数对管道失效的重要性均不超过1%;各随机参数均值和变异系数的相对变化对管道可靠性的影响不同,屈服强度、管道压力和管道壁厚三个参数的均值变化对可靠性影响最大,与管道壁厚变异系数相比,竖直荷载变异系数变化对可靠性的影响更大。     

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。     

Corrosion failure probability analysis of buried gas pipelines based on subset simulation

Corrosion is the main reason for the failure of buried gas pipelines. For effective corrosion failure probability analysis, the structural reliability theory was adopted in this study to establish two calculation models for pipeline corrosion failure: the pressure failure model and von Mises stress failure model. Then, two calculation models for the corrosion failure probability were established based on a corrosion depth growth model obtained from actual survey data of soil corrosion characteristics. In an example, Monte Carlo simulation (MCS) and subset simulation (SS) were used to analyze the corrosion failure probability of pipelines, and the results were compared. SS can compensate for the shortcomings of MCS as it has higher computational efficiency and accuracy. Therefore, SS was adopted to simulate variations in the corrosion failure probability of buried pipelines with the service time for the two failure probability calculation models, which were applied to a natural gas pipeline located in a chemical industry park in Zhuhai, China. A sensitivity analysis was carried out on the relevant parameters that affect the failure probability. The results showed that multiple loads caused by the covering soil, residual stress, temperature differential, and bending stress have a non-negligible effect on the pipeline reliability. The corrosion coefficients gradually become the most important factors that affect the failure probability with increased service time. The proposed methodology considers the actual operating conditions of pipelines to provide a reliable theoretical basis for integrity management.     

基于F-R-M法的刚构-连续梁桥施工期结构强度风险分析

为了解决刚构-连续梁桥施工过程中的风险问题,提出了一种神经网络与有限元结合的定量风险分析方法（F-R-M法）。以八盘峡黄河特大桥为工程背景建立有限元模型,运用参数敏感性分析确定出最不利施工阶段的结构强度主要风险随机变量,然后以蒙特卡洛原理为基础,通过径向基（RBF）神经网络计算结构失效概率,最后对桥梁施工风险进行定量分析。结果表明:该桥在最大悬臂状态下,结构应力仿真次数超过 1 000 万次时,梁体在最大悬臂端应力失效概率仅约为 1.17×10-5,失效概率极低。基于参数敏感性的F-R-M法可以快速、较高精度地对高速铁路刚构-连续梁桥施工期结构强度风险进行定量分析。     

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。     

保温层下管道腐蚀监测系统及应用研究

为预防保温层下管道腐蚀带来的严重问题,必须采取有效措施进行腐蚀在线监测,以了解管道的剩余壁厚情况。在分析现有的腐蚀监测技术不足的前提下,基于γ射线数字扫描检测技术（GSDT）,研发了1套保温层下管道腐蚀在线监测系统,该系统可以实现对保温层下腐蚀管道剩余壁厚在线监测,并通过带保温层管道的检测试验和t-分布分析方法检验腐蚀监测系统的检测精度,最后以某化工企业为例,验证了该系统的有效性。结果表明:腐蚀监测系统可以实现对保温层管道剩余壁厚的监测,保温层和高密度介质不影响管壁厚度的测量结果,且使用所研发的腐蚀监测系统监测到的管道腐蚀速率与现场实际腐蚀速率基本一致。     

最优加权组合模型在管道腐蚀预测中的应用

为构造海底混输管道腐蚀最优加权组合预测模型，针对传统非等间距GM(1,1)管道腐蚀预测模型中初始条件的选取问题，提出了新信息优先原理下的NEGM(1,1,τ)海底管道腐蚀速率预测模型，以充分发挥建模序列中各分量对预测系统的修正作用；引入ARIMA预测模型，在3个不同定权准则下与NEGM(1,1,τ)模型形成管道腐蚀加权组合预测模型，并通过评价指标函数实现组合模型的性能评价。研究结果表明:组合模型2的海底混输管道腐蚀速率预测值与实际值的平均相对误差为0.495 4%，评价指标函数RMSE,AARD和MAPE的值分别为0.1936%,0.1275%和0.595 3%，均优于其他2个准则下的组合模型。建立NEGM(1,1,τ)-ARIMA海底管道腐蚀速率最优加权组合预测模型，从多角度挖掘了管道腐蚀速率序列中的可靠信息，预测结果的可信度更高。     

Safety and reliability assessment of external corrosion defects assessment of buried pipelines—soil interface: A mechanisms and FE study

Due to local liquid accumulation (AL) in the low-lying section of the buried natural gas pipeline, external corrosion will occur at the interface between the pipeline and the soil. External corrosion will produce pit defects, which will reduce the bearing capacity of the pipeline and affect the normal operation of the pipeline. In addition, corrosion group defects can interact with each other. Thus, the service life of the pipeline is seriously affected. In this work, a case of local corrosion failure of the pipeline caused by liquid accumulation on-site is presented. The importance of this work is verified by experiment and field excavation. Besides, based on the Mises-Stress yield criterion, nonlinear analysis was carried out with the finite element method (FEM). The effects of internal pressure, corrosion pit defect size, internal and external wall corrosion, corrosion pit group, and different types of volumetric corrosion pit defects on the failure of L360QS steel pipe were analyzed with consideration of the effects of axial and circumferential zones of corrosion pits. These correlations have not been seen in previous studies. The FE results make up for the disadvantage that the corrosion is simplified to equal depth corrosion in the code, which will underestimate the residual strength of the actual corroded pipeline and lead to unnecessary repair or replacement. The results provide a reference for failure analysis and strength evaluation of buried L360QS steel pipe with corrosion defect.