一种考虑失效模式相关性的天然气管道可靠性评估方法技术

本发明专利技术涉及天然气管道运行可靠性评价技术领域，特别是涉及一种考虑失效模式相关性的天然气管道可靠性评估方法。其包括1、确定管道失效模式类型；2、建立各个失效模式下的极限状态方程；3、采集分析管道及环境参数确定极限状态方程参数；4、使用子集模拟高级蒙特卡洛仿真技术求解不同失效模式的失效概率；5、基于AIC准则找到合适的copula函数；最后采用copula函数得到多失效模式的联合概率密度函数，在此基础上更新获得管道可靠性。本发明专利技术究了多种外界环境因素对可靠性的影响，能够更准确地评估腐蚀天然气管道的可靠性。蚀天然气管道的可靠性。蚀天然气管道的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑失效模式相关性的天然气管道可靠性评估方法


[0001]本专利技术涉及天然气管道运行可靠性评价
，特别是涉及一种考虑失效模式相关性的天然气管道可靠性评估方法。

技术介绍

[0002]常见的管道可靠性评估方法可分为解析法、数值模拟方法及代理模型方法三类。解析法包括精确解析法(即概率干涉法)和近似解析法。概率干涉法需要对失效概率表达式直接积分，当功能函数不存在显示表达式或面对高维数值积分时，计算量会十分巨大，导致可靠性求解困难，在解决实际问题时应用较少。近似解析法一直是可靠度研究的主流，它主要应用于对结构构件的可靠度分析。Gong等考虑管段泄漏、爆裂失效模式和不同腐蚀缺陷下极限状态函数的相关性，采用一阶可靠度方法评价含腐蚀缺陷管道系统可靠性，通过实例验证所提方法实用性和准确性。Nahal等根据不同腐蚀缺陷深度下的有限元仿真分析结果，提出一种经验力学模型；结合力学模型与FORM，研究不同腐蚀速率下的管道结构可靠性。Bouledroua等采用SORM，评估腐蚀管道因内压过大失效的可靠性。数值模拟的方法主要包括蒙特卡洛仿真、子集模拟、重要度抽样和线抽样等方法。蒙特卡洛仿真具有原理简单、可以通过大量的模拟计算出事故发生概率等优点，在管道可靠性评估领域得到应用。Hasan等采用蒙特卡洛仿真和一阶二次矩(First Order Second Moment，FOSM)方法，完成管道爆破极限状态分析和失效概率计算。Seghier等基于M5模型树(M5Tree model)混合算法和蒙特卡洛仿真，分析腐蚀管道的结构可靠性，研究腐蚀缺陷尺寸在不同操作压力下对管道失效概率的影响。国外学者Tee等研究埋地管线可靠性，采用子集模拟(subset simulation)技术仿真管道可靠性，并与蒙特卡洛仿真结果进行对比。Gong等采用重要度采样技术，考虑两种竞争失效模式(小泄漏和断裂)，完成含多个腐蚀缺陷管段的系统可靠性评估。以4个典型美国陆上输气管道为案例，验证重要度采样方法具有较高的计算精度和计算效率。
[0003]中国专利技术专利“公开号：CN109345080A”公开了一种天然气管道系统供气可靠性评价方法及系统，所述方法包含：通过蒙特卡洛模拟法计算获得天然气长输管道供气量数据；根据需求侧分析的负荷持续曲线技术，计算获得天然气需求数据；根据所述天然气需求数据和管道系统供气量数据计算获得天然气管道系统供气可靠性的评价结果。中国专利技术专利“公开号：CN114372726A”公开了一种天然气管道可靠性的评价方法。建立了天然气管道可靠性评价指标体系及分类标准，利用定量指标的测度计算函数，利用分级标准量化法转化定性指标为定量指标，并通过综合未确知测度原理及统计学置信度准则，对天然气管道的可靠性进行定量的评价，实现天然气管道可靠性的分级，为快速掌握天然气管道安全状况提供了理论和数据支持。
[0004]综上可知现有技术的主要缺点为：
[0005]1)大多只考虑泄漏和爆破这2种失效模式，未考虑更多失效模式共同作用下的管道可靠性计算；
[0006]2)在进行管道失效概率计算时，忽略了失效模式相关性的影响；
[0007]3)现有评估管道可靠性方法存在精度和求解效率不足的缺点。
[0008]针对以上缺点，特别需要一种简单而又实用的腐蚀天然气管道可靠性评估方法，来满足日益增长的天然气管道安全评估的需要。

技术实现思路

[0009]本专利技术目的是针对
技术介绍
中存在的问题，提出一种考虑失效模式相关性的天然气管道可靠性评估方法。
[0010]本专利技术的技术方案，一种考虑失效模式相关性的天然气管道可靠性评估方法，包括以下具体步骤：
[0011]S1、确定管道失效模式类型；
[0012]S2、建立各个失效模式下的极限状态方程；
[0013]S3、采集分析管道及环境参数确定极限状态方程参数；
[0014]S4、使用子集模拟高级蒙特卡洛仿真技术求解不同失效模式的失效概率；
[0015]S5、基于AIC准则找到合适的copula函数；采用copula函数得到多失效模式的联合概率密度函数，在此基础上更新获得管道可靠性。
[0016]优选的，S1中失效模式类型包括泄漏、爆破、挠度变形及屈曲失效。
[0017]优选的，泄漏失效模式下的极限状态方程为：
[0018]G1(t)＝0.8ω
‑
d(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0019]d(t)＝d0+kt
ξ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0020]式中，ω为管道壁厚，d(t)为t时刻管道壁厚，d0为初始腐蚀深度，k，ξ为与环境相关的常系数。
[0021]优选的，爆破失效模式下的极限状态方程为：
[0022]G2(t)＝P
b
‑
P0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0023][0024][0025]式中，U为拉伸强度，M为流变系数。
[0026]优选的，挠度失效模式下的极限状态方程为：
[0027][0028]式中，D
l
为偏转滞后因子，K是层理常数，ω
S
和ω
L
为土壤载荷和动荷载，r是管道的平均半径，E
′
是土壤反应模量。
[0029]优选的，屈曲失效模式下的极限状态方程为：
[0030][0031]式中σ
m
为弯曲应力，σ
u
为拉伸强度，ω
S
和ω
L
为土壤载荷和动荷载，r为管道半径，L
是在管段中变化的跨度长度。
[0032]优选的，假设管道中存在J种失效模式，每种失效模式的极限状态函数和失效概率可描述如下：
[0033]G
j
(X)＝G
j
(X1,X2,
…
,X
n
)
T
,j＝1,2,
…
,J
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0034][0035]式中，X＝(X1,X2,
…
,X
n
)
T
为随机变量的矢量；G
j
(X)是第j类失效模式的LSF，可以简化为G
j
；g
j
(x)表示第j种型失效模式的最大允许值；f(x1,x2,...,x
n
)是每种失效模式随机变量的联合概率密度函数。
[0036]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益的技术效果：
[0037]在本专利技术中，评估管道可靠性过程中，所采用的子集模拟在求解管道失效概率效率更高，精度更好；不同失效模式的相关性通过c
‑
vine copula函数描述，在此基础上更新管道失效概率密度函数。子集模拟技术和copula理论相结合的集成方法在保证高效求解效率的同时可以更加准确的评估天然气气管道本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑失效模式相关性的天然气管道可靠性评估方法，其特征在于，包括以下具体步骤：S1、确定管道失效模式类型；S2、建立各个失效模式下的极限状态方程；S3、采集分析管道及环境参数确定极限状态方程参数；S4、使用子集模拟高级蒙特卡洛仿真技术求解不同失效模式的失效概率；S5、基于AIC准则找到合适的copula函数；采用copula函数得到多失效模式的联合概率密度函数，在此基础上更新获得管道可靠性。2.根据权利要求1所述的一种考虑失效模式相关性的天然气管道可靠性评估方法，其特征在于，S1中失效模式类型包括泄漏、爆破、挠度变形及屈曲失效。3.根据权利要求1所述的一种考虑失效模式相关性的天然气管道可靠性评估方法，其特征在于，泄漏失效模式下的极限状态方程为：G1(t)＝0.8ω
‑
d(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)d(t)＝d0+kt
ξ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，ω为管道壁厚，d(t)为t时刻管道壁厚，d0为初始腐蚀深度，k，ξ为与环境相关的常系数。4.根据权利要求1所述的一种考虑失效模式相关性的天然气管道可靠性评估方法，其特征在于，爆破失效模式下的极限状态方程为：G2(t)＝P
b
‑
P0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)(3)式中，U为拉伸强度，M为流变系数。5.根据权利要求1所述的一种考虑失效模式相关性的天然气管道可靠性评估方法，其特征在于，挠度失效模式下的极限状态方程为：式中，D
...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢明江，王艺斐，赵建利，魏子琦，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：