从管段走向管网:管道泄漏诊断技术研究进展

管道泄漏诊断技术在保障管道系统安全运行中起着至关重要的作用。首先,介绍了管道泄漏诊断系统的结构,并指出由单一管段向复杂管网泄漏诊断的发展趋势。进一步从基于数据驱动的传统泄漏检测方法、管道泄漏信号源定位技术和基于深度学习的复杂管网泄漏检测方法3个方面进行综述,分析了不同方法的优势、局限性和适用范围。最后指出,随着管网系统的复杂度增加,传统方法的局限性逐渐显现,基于深度学习技术的复杂管网微弱泄漏诊断、多源信号融合和管网智能化的研究将成为未来的研究趋势。

基于灾害链及复杂网络理论的城镇燃气管道泄漏灾害演化过程分析

为分析城镇燃气管道泄漏灾害演化过程,通过收集城镇燃气管道泄漏典型事故案例进行统计分析,结合灾害链及复杂网络理论,构建了城镇燃气管道泄漏灾害链,并将其转化成复杂网络拓扑结构图,分析其关键节点和关键边。结果表明:城镇燃气管道泄漏灾害链可分为灾害演化前期、灾害演化中期和灾害演化后期,通过破坏火灾、爆炸、建筑物倒塌、相邻管线受损、管道泄漏、社会公共事件、企业停产、人员伤亡等关键节点或者切断管道泄漏→爆炸、管道泄漏→火灾、相邻管线受损→供气设备损坏、道路破坏→交通瘫痪、爆炸→相邻管线受损等关键边,可有效破坏或切断城镇燃气管道泄漏灾害链的网络传播路径。该研究结果可为城镇燃气管道泄漏灾害事件应急处置和断链减灾提供科学依据。

基于复杂网络理论的天然气管网气源追踪方法

随着中国天然气管网规模不断攀升、管网脱离于上下游独立运行,传统的仿真计算方法供气计算慢或不收敛、管网能耗最优的目标函数不符合托运商和用户核心利益等局限性逐步凸显,导致当前天然气管网各用户的气源结构解析结果存在争议。为解决上述问题,将天然气管网视为一个复杂网络,应用复杂网络理论,以托运商和用户提出的“供气方案需优先满足用气需求,其次寻求管输费最低”核心诉求作为供气计算目标函数,将供气计算问题分解为最大流、最小费用2个线性规划过程。基于供气计算结果,提出总体管输费最低、天然气经过站场充分混合、公平分配原则3大核心原则,通过公式推导,建立一套气源追踪算法。案例试算结果表明,该算法可快速得到给定日指定条件下对应的最低管输费及各管段的输量配置、各个气源向各用户的供气情况;该算法逻辑清晰直观,为超大型复杂天然气管网气源追踪提供解决方案,为科学的天然气定价机制提供理论支撑,可有效避免天然气气价“一刀切”和供需双方的相互猜疑,有利于进一步推进中国天然气行业向市场主体公平开放。

基于复杂网络的燃气管道事故风险演化研究

为研究燃气管道事故各风险因素之间的复杂性,首先收集156份燃气管道事故案例,基于“4M理论”,从人的因素、设备设施因素、环境因素、管理因素4个方面确定了30个风险因素;运用Gephi软件构建燃气管道事故风险演化网络,并分析网络节点的度、平均路径长度、聚类系数和PR值,确定关键节点并对燃气管道安全管理提出建议。结果表明:应急处置不当、误操作、违章操作、管道腐蚀以及监督管理不足是导致燃气管道事故发生的关键风险因素,应控制这些关键风险因素,切断风险演化路径,防止燃气管道事故发生。

燃气管网外腐蚀事故DBN模型

为明确燃气管网服役中后期外腐蚀事故致灾机制规律及维护措施的有效性,有针对性地预防燃气管网外腐蚀泄漏事故,利用复杂网络(CN)理论与动态贝叶斯网络(DBN)相结合的方法,提取外腐蚀事故要素及事故链,整理并构建外腐蚀事故凝聚网络;通过度值分析筛选事故关键要素,在此基础上,将参数学习及Leaky Noisy-or gate修正模型联合,构建燃气管网外腐蚀事故DBN;根据不同失效场景,得到各动态要素及维护措施对管网失效的影响特征。结果表明:不同事故要素对管网失效的影响呈现差异性和阶段性,其中,老化、事故积累、化学腐蚀在管道服役中后期对管网腐蚀穿孔和管道破裂有显著影响,压力循环则主导服役中期的管道破裂事故。通过CN拓扑分析,可实现从整体角度出发对事故要素重要度的辨识;通过DBN的构建分析,能获得事故要素对事故后果的动态影响。

基于AcciMap模型的燃气管道泄漏爆炸事故分析

为探讨燃气管道泄漏爆炸事故系统及其致因的性质,以湖北十堰“6·13”重大事故为例进行分析。采用AcciMap模型系统辨识事故致因,构建“6·13”事故AcciMap模型;引入复杂网络(CN)与PageRank算法,分析整体系统与个体因素的属性特征,据此辨识关键致因;再通过贝叶斯网络(BN)进行参数学习和诊断推理,分析事故最大致因链。结果表明:安全生产监管工作严重失察、安全生产主体责任未落实、安全生产监督指导不力是关键致因;安全生产理念和属地责任未贯彻落实→安全生产监管工作严重失察→安全管理制度存在缺陷→安全培训教育存在缺陷→燃气管道维抢人员违规处置→明火引爆蓄积燃气→燃气泄漏爆炸并造成严重伤亡是最大致因链。研究认为:应从政府和企业等2类主体出发,采取多元化的风险防控策略以遏制事故再次发生。

复杂管网中支路增设通风设施对瓦斯爆炸超压传播的影响

为了探究复杂管网中通风设施对瓦斯爆炸超压传播的影响,利用自行研制的瓦斯爆炸组合式管网实验系统(“F+L”型管网),研究了不同体积分数甲烷、不同支路增设不同强度通风设施对瓦斯爆炸超压变化幅度的影响。结果表明:在进行空管爆炸时发现爆炸越剧烈,爆炸超压在截面突变段的衰减幅度越小,甲烷体积分数为6%、8%、9.5%、11%及13%时衰减幅度分别为4.44%、1.85%、0.64%、1.31%及1.32%;在五种浓度甲烷爆炸实验中发现,支路二增设通风设施会降低支路一中的超压衰减,平均超压衰减幅度由29.47%降至27.63%,而支路一增设通风设施会增加支路二的超压衰减,平均超压衰减幅度由25.84%增加至35.46%;通风设施强度的提升会增加拐弯支路附近的超压数值,五种浓度下超压数值平均增加0.02 MPa。

中小城市商业综合体燃气项目建设的探讨

通过城市商业综合体工程实例,分析了宿州新、老城区周边城市商业综合体天然气管道及配套设施的建设,包括气源配套改造、管道设施设备建设和安全措施等。总结了项目建设流程和实施经验,对今后类似项目有一定的借鉴意义。

海底管道泄漏风险演化复杂网络分析

为了控制海底管道泄漏连锁风险,基于复杂网络,提出针对管道系统泄漏演化的半定量风险演化评价方法,将复杂的事故风险发展过程转化为简洁的网络分析计算。首先,构建包含30个风险节点与54条连接边的海底管道泄漏演化复杂网络模型;其次,采用无权有向网络中的节点出入度和聚类系数进行风险分析,确定影响管道泄漏的关键节点,提出断链控制方案;最后,将演化模型转化为带权的有向网络,采用Dijkstra算法计算各初始事件导致泄漏事故的最短路径。结果表明:海底管道系统泄漏网络的聚类系数为0.13,网络聚集程度偏低而演化性较强;各初始事件的最短路径均不超过10,表现出明显的小世界网络特征,初始事件的风险经少数几步传递即可导致泄漏事故的发生。海底管道泄漏风险演化规律的研究可为抑制初始事件、控制传递事件和减轻后果事件提供理论依据,对预防海底管道泄漏事故发生、保障管道持续安全运行具有现实意义。

基于MapGIS的中小区域地下综合管网信息系统的建立

以MapGIS作为地理信息基本工作的平台,以组件式为开发方式,采用Visual Basic6.0为开发工具,以北京雁栖开发区为例,建立了适用于中小区域的地下综合管网管理信息系统。根据系统设计的原则和管网数据的特点,说明了系统总体结构,合理组织管网数据与工作底图数据并实现了系统各项功能,为中小区域的基础设施管理部门提供了一种经济、灵活的高技术管理工具。

动态多连片贝叶斯网络在复杂管路系统故障诊断中的应用研究

为解决复杂管路系统的实时故障诊断推理问题,提出了多连片动态贝叶斯网络分布式协同推理的故障诊断方法。该方法将一个复杂的贝叶斯网络分割成若干个有重叠的贝叶斯子网,根据贝叶斯网络在时间序列上的动态特性,以中央冷却水系统为例建立了两时间片最小组件级和分布式多连片系统级的感知模型,通过实验进行了中央冷却水系统故障诊断分析,实现了传感器不足情况下的协同分布式推理。实验结果表明了基于多连片贝叶斯网络的协同故障诊断方法的正确性和有效性。

基于管线对偶图模型的供水管网可靠性分析

为了利用复杂网络理论对供水管网进行结构测度和鲁棒性分析,提出一个新的管网模型——管线对偶图模型.该模型将顺序相连、无大角度转折的同口径同材质管段序列看作统一实体,即管线.将管线抽象为节点,两相交管线对应的节点用边相连,由此形成的无向图即为管线对偶图.使用这一模型对3个城市的供水管网进行结构测度,结果显示,管线对偶图具有明显的无标度特性.利用无标度网络鲁棒性分析方法中的模拟攻击方法,使用3种攻击策略进行实验.结果表明,管网在不同攻击策略下结构变化规律呈现较强的相似性,都会经过初始期、分裂期和崩溃期3个阶段;不同的攻击策略下供水管网进入分裂期和崩溃期的进程差异明显;基于节点度的攻击策略对管网的影响最大,基于节点介数中心性其次,随机攻击对管网的影响最小,高度连接的管线是供水管网中关键和脆弱的部分.对结构测度和模拟攻击的结果进行分析,发现谱隙和进入分裂期的去点率可作为衡量供水管网可靠性的重要指标.针对管线对偶图模型提出的可靠性分析方法可以用于指导供水管网的设计和运维.

基于复杂网络模型的城市综合管廊PPP项目风险传递过程研究

从复杂网络视角出发,利用案例分析法识别出城市综合管廊PPP项目的38个风险要素,将风险要素作为网络点,并将风险要素之间的关系作为网络边,构建复杂网络模型;通过分析3类复杂网络参数,阐明城市综合管廊PPP项目的风险传递过程;基于十堰市城市综合管廊PPP项目的实例,找到8个影响风险传递的核心因素,为决策者提供风险控制和防范的依据.研究表明:实现风险防控需要控制直接风险并切断间接引发风险的传递路径,通过控制风险核心因素的方式有效引导风险传递.以上研究从理论上发现了复杂项目风险传递的突破口,在实践上探索了行之有效的复杂项目风险控制模式.

“一带一路”管道天然气贸易网络特征与中国地位演进研究

"一带一路"油气资源丰富,是我国天然气贸易合作的重要区域。中国目前管道天然气进口集中度较高,在国际政治经济等不确定因素下存在"供气不足"的隐患。分析"一带一路"管道天然气贸易网络特征及我国在该网络中的地位演进规律,有利于我国对"一带一路"管道天然气贸易格局的科学研判,进而优化天然气对外合作布局。本文基于复杂网络理论,采用2011~2018年"一带一路"沿线国家管道天然气贸易数据,运用复杂网络加权度中心性、网络密度、介数中心性、网络社团结构等指标,分析了该区域内管道天然气贸易网络特征及中国的地位变化。结果显示:"一带一路"天然气贸易网络具有"小世界"特征;区域内国家和地区之间贸易紧密度呈波动上升趋势,俄罗斯在网络中的影响力相对下降;中国凭借进口规模的扩大,在网络中的贸易影响力逐渐增强,加权度中心性仅次于俄罗斯;"一带一路"沿线管道天然气贸易社团呈现以俄罗斯社团为主体的"一大多小"的格局,中国在社团演进中已取代土库曼斯坦成为其所在社团核心。中国应在"一带一路"政策红利下,加大与俄罗斯等网络核心国家的合作,同时深化与乌兹别克斯坦等社团内部成员国的互联互通,加强与外部社团成员国的对话与合作。

《滨海高新区综合管网三维规划管理系统》的研究与实现

管网三维规划管理是当前城市规划管理的热点之一,针对当前城市规划管理在地下管网控制方面的不足,滨海高新区规划尝试以推行管网三维审批为突破口,逐步实现管网规划管理的三维化。本文简要介绍了"滨海高新区综合管网三维规划管理系统"的目标、结构及功能,详细阐述基于ArcGIS和三维技术(VRGIS)的综合管网规划管理系统的设计,并对系统的具体实现进行了探讨,为此类应用系统的建设提出了一种实用的方案。

滩海油气管道泄漏风险演化与评估

为预防滩海油气管道泄漏事故的发生,提出基于复杂网络和故障模式影响及危害分析(FMECA)的连锁风险演化评估方法。依据滩海油气管道的结构组成,考虑自然环境、内外腐蚀、第三方破坏和人因组织风险,结合泄漏事故发展流程和风险因素逻辑关系,构建滩海管道泄漏复杂网络模型;引入风险熵和FMECA方法,衡量风险传递过程中节点事件的可能性及严重程度;给出风险传递路径最大可能性的表达式,通过Dijkstra算法计算泄漏演化的最短路径,辨识多节点所形成的最可能失效模式。结果表明:各类初始事件对管道泄漏的影响差异较大,以人因组织类的作业组织不合理作为初始事件引发管道泄漏的概率为5.20×10^(-3),其对管道泄漏的影响最大。

城镇-森林交界域输油管道泄漏灾害链风险分析

为降低城镇-森林交界域输油管道泄漏事件造成的灾害损失,基于灾害链理论和复杂网络理论,构建城镇-森林交界域输油管道泄漏事件演化模型,利用Python算法对节点和边进行分析,提取模型中的关键节点、关键边以及最短路径,结果表明:以相邻管线系统损坏、形成流淌火、管道爆炸、建筑物受损、人员伤亡为关键节点,以水土流失-山体塌方、改变土壤性质-水土流失、土壤中重金属元素超标-改变土壤性质、山体塌方-道路破坏、影响居民生活-不良社会舆论为关键边,通过对其采取断链措施,可实现城镇-森林交界域输油管道泄漏事件的灾害防治;城镇-森林交界域输油管道泄漏灾害事件与其他灾害事件之间具有较紧密的联系,一般只需要扩散3~4次就会造成灾害的蔓延。

管道开放能力评价指标体系

管网开放的本质是开放管道,根据管道可供开放的能力确定对外开放程度,目前国内并无管道开放能力评价指标体系的研究成果。2014年国家能源局下发了对油气管网设施实施公平开放的监管办法。为适应国家对天然气管网设施的开放管理,在借鉴城市燃气管网输送能力影响因素的基础上,结合复杂天然气管网的特点,综合考虑气源、管网结构、管道输送效率、站场富余能力、运行管理等重要因素,建立了基于运行、调峰和应急能力的管道开放能力评价指标体系。该指标体系在2条管道上的应用情况表明了评价指标体系的正确性,为天然气行业合理确定管道对外开放能力提供了重要技术支撑,在一定程度上促进了油气管网设施公平开放的管理进度。

复杂网络理论下燃气管网节点重要性分析方法

为提高城市燃气管网重要节点的安全运行水平,基于复杂网络理论,构建城市燃气管网拓扑结构模型及评价指标体系;在不考虑管网方向性条件下,运用基于逼近理想解排序(TOPSIS)的多属性决策法,分析节点重要度;在考虑管网方向性条件下,采用PageRank算法分析节点重要性排序;综合分析管网的关键节点位置及重要性排序。结果表明:基于复杂网络理论的拓扑结构图能较清晰地显示管网节点所处位置;节点效率、网络节点中心性及网络方向性均为影响管网节点重要性的因素;管网流向对重要性高的节点有较大影响。

基于复杂网络的燃气管线破裂灾害链风险分析

为提高燃气管线突发事件应急处置决策水平和应急响应能力及效率,采用复杂网络理论和灾害链演化机理对燃气管线破裂灾害事件影响进行耦合分析,构建燃气管线破裂灾害链网络和风险评估模型,并计算得出燃气管线破裂灾害链风险度。为更准确地表达无传播路径的灾害事件之间的关系,将灾害网络中所有最短路径长度的最大值作为其最短路径长度,计算表明这种算法更符合灾害传播实际情况。结果表明:通过燃气管线破裂灾害链风险分析,能够为燃气管线灾害风险控制措施和方案制定提供参考,有利于提高燃气管线破裂灾害事件的应急处置能力和决策水平。