A novel methodology for forecasting gas supply reliability of natural gas pipeline systems

In this paper,a novel systematic and integrated methodology to assess gas supply reliability is proposed based on the Monte Carlo method,statistical analysis,mathematical-probabilistic analysis,and hydraulic simulation.The method proposed has two stages.In the first stage,typical scenarios are determined.In the second stage,hydraulic simulation is conducted to calculate the flow rate in each typical scenario.The result of the gas pipeline system calculated is the average gas supply reliability in each typical scenario.To verify the feasibility,the method proposed is applied for a real natural gas pipelines network system.The comparison of the results calculated and the actual gas supply reliability based on the filed data in the evaluation period suggests the assessment results of the method proposed agree well with the filed data.Besides,the effect of different components on gas supply reliability is investigated,and the most critical component is identified.For example,the 48th unit is the most critical component for the SH terminal station,while the 119th typical scenario results in the most severe consequence which causes the loss of 175.61×10^4 m^3 gas when the 119th scenario happens.This paper provides a set of scientific and reasonable gas supply reliability indexes which can evaluate the gas supply reliability from two dimensions of quantity and time.

天然气管道可靠性增长预测方法研究

为减少天然气管道投产前的设计和制造缺陷,提高使用寿命、运行可靠性和安全性、减少后期维修费用,通过统计模型结合试验数据实现对天然气管道可靠性增长水平的预测,提出天然气管道可靠性增长预测方法;分析常用可靠性增长模型并结合天然气管道可维修、小子样的特点,将Duane模型与AMSAA模型应用于天然气管道,结合点估计、趋势检验、拟合优度检验、区间估计和标准差,得出天然气管道可靠性增长模型,预测可靠性增长并进行实例验证。研究结果表明:Duane模型与AMSAA模型作为天然气管道可靠性增长试验具有可行性;其中AMSAA模型更具优势,得出天然气管道的瞬时无故障工作时间(MTBF)估计值可达到试验目标值,并预测MTBF达到2000 h时所需要的试验时间为317954611.3 h,未来第51次故障预测区间为[848.4609,939.6226],误差为1.25%,方法具有良好的适用性,可有效预测天然气管道可靠性增长。研究结果可为天然气管道设计改进提供指导。

基于双向流固耦合的锥阀阀芯位移可靠性分析

传统的阀芯位移稳定性是在系统参数确定的前提下进行的,然而,在实际生产的使用过程中,各种系统参数具有不确定性.针对此问题,建立了一个锥阀工作动态过程的有限元分析模型,采用双向流固耦合和重叠网格方法分析求解压力入口下锥阀的动态响应过程.考虑参数随机性的影响,以阀芯稳定后位移是否超过许用位移量为衡量标准建立阀芯位移波动的极限状态方程,通过Monte-Carlo仿真和Kriging方法,对阀芯稳定后位移的波动情况进行了可靠性分析.研究发现,阀芯稳定位移波动范围小于理论值的19%,阀芯稳定位移的可靠度随着入口压力的增大而降低.

受内压航空管道弯曲疲劳可靠性

引入结合Kriging代理模型法和Monte Carlo抽样法的主动学习可靠性分析方法(AK-MCS),以管道尺寸、作用载荷以及管材属性为基本随机变量,对受内压悬臂管道在给定工况(即28 MPa内压,自由端5.06 mm纵向位移循环载荷)下的疲劳寿命进行可靠性分析。首先根据管道三点弯曲疲劳试验结果,通过线性回归分析建立管道的Manson-Coffin疲劳寿命模型,而后采用AK-MCS方法获得管道的疲劳寿命-失效概率/可靠度曲线,为内压管道的工程应用提供了基于概率的寿命预测结果。根据该曲线进而得到管道的疲劳寿命频数直方图,发现弯曲疲劳寿命总体上呈正态分布。此外,通过与Monte Carlo方法的比较,证实了AK-MCS方法在保证受内压航空管道弯曲疲劳可靠性分析精度的同时,还大大降低了计算量。

MPS-DEM方法数值模拟超长管道固液混输流动

近些年来,深海矿产开发成为热点,其中涉及的固液混输问题逐渐引起学者的关注.如矿粒在海床上的输运,涉及水平管道的输运问题;矿粒从海床输运到海上浮式建筑物,涉及垂直管道的输运问题;矿粒在不同倾角管道内的输运,涉及倾斜管道的输运问题.对于该类问题,由于流体和固体之间的物理差异较大,对于固液两相往往采用不同的数值处理方法.本文使用MPS-DEM耦合方法模拟管道内的固液混输运动.用MPS方法模拟管道内流体的运动,用DEM方法追踪管道内颗粒的运动.在管道的进出口使用周期性边界条件,将多段管道之间进行拼接,从而实现了对超长管道内高雷诺数的颗粒输运现象的模拟.最后,分析管道颗粒和流场的速度及粒子分布等信息,分析流动特征.得到的结果会为超长管道内固液混输现象的研究提供一些借鉴意义及参考价值.

外径和壁厚的制造偏差对管道可靠度的影响

管道外径和壁厚是管道设计的重要参数,但由于现有工艺技术的限制,在制作过程中外径和壁厚必然存在一定的制造偏差,对管道可靠度会造成一定影响。为明确外径和壁厚的制造偏差对管道可靠度的影响,首先通过管道几何尺寸测量仪获得了管道的外径与壁厚数据,研究了管道外径和壁厚的分布规律;然后建立计算管道压力的极限状态函数,利用一次二阶矩法推导了考虑管道外径和壁厚制造偏差影响的管道可靠度计算公式;在此基础上,研究了管道外径和壁厚的平均值与标准差对管道失效概率的影响,并分析了管道失效概率对各个影响因素的敏感程度。研究表明,管道外径制造偏差对管道可靠度的影响较小,而壁厚制造偏差对管道可靠度的影响相对较大。因此,在管道加工制作过程中,应严格控制壁厚的制造偏差。

基于CREAM的管线打开作业人因失误事故研究

为提升管线打开作业的人因可靠性,深入探讨管线打开作业人因失误事故发生的根原因,基于认知可靠性和失误分析方法(CREAM),建立了管线打开作业人因失误模型,将失误模式划分为疏忽、擅自、错误、违反,建立了涵盖环境、人、信息、组织、危险源、技术6个方面的前因分类表和后果—前因追溯表,追溯分析人因失误的根原因,并运用扩展法对人因失误的发生概率进行定量预测。将模型应用于管线打开作业人因失误事故实例分析,结果显示:追溯到事故发生的根原因与员工个性缺陷、管理问题、安全意识欠缺等方面相关;获得3个人因失误事件的人因失误概率值分别为0.006、0.04、0.006;并提出了有针对性的建议、措施。

腐蚀管道的失效概率和剩余寿命预测方法

以腐蚀管道失效压力和腐蚀速率分析为基础,建立了腐蚀管道可靠性极限状态函数和管道剩余寿命预测模型。采用改进的一次二阶矩法对腐蚀管道的可靠性指标和失效概率进行了分析和计算。结合工程实例,求解了某含腐蚀缺陷天然气管道不同服役年限的可靠性指标和失效概率,预测了该腐蚀管道的剩余寿命,计算和分析了工作压力、腐蚀速率、腐蚀深度和长度等参数对腐蚀管道可靠性的影响。

含多裂纹结构的断裂可靠性分析

基于随机有限元法和可靠性设计理论,建立了一种含多裂纹结构的断裂可靠性分析模型。首先,根据最小二乘法则建立应力强度因子的表达式,然后将影响结构断裂的不确定因素视为随机变量,通过一阶二次矩法和随机有限元法求出每条裂纹的可靠度指标,最后将含多裂纹结构看作一个由所有裂纹组成的串联系统,求出各裂纹之间的相关系数,并得出多裂纹结构失效概率的Ditlevsen界限值。数值算例表明,本方法具有较强的适用性。

基于蒙特卡洛法的埋地悬空管道结构可靠度分析

为了计算埋地悬空管道的可靠度,基于蒙特卡洛统计模拟法,结合受力特征,建立了埋地悬空管道结构可靠度计算模型并计算了某黄土湿陷区埋地悬空管道的可靠度。为了描述不同影响因素对管道可靠度的影响程度,从管道失效概率的角度定义了参数的敏感性指标,对管道设计中经常涉及的管道外径、壁厚、埋深、悬空长度、屈服强度、温度差、管道内压7个随机变量进行了敏感性分析,讨论了参数的变化对管道可靠度的影响。结果表明:建立的埋地悬空管道可靠度计算模型能够对埋地悬空管道的可靠度进行计算;管道的悬空长度对可靠性影响程度最大,最大程度减小管道的悬空长度,适当减小管道埋深,降低管道内压,增大管道壁厚和屈服强度,有助于提高管道的可靠度。

含缺陷油气管线结构的可靠性计算

介绍了有关计算含缺陷结构可靠性的一种方法———一次二阶矩可靠性方法 ,并给出了一个含腐蚀缺陷油气管线结构可靠性计算的实例。计算结果表明 ,一次二阶矩可靠性方法与常规Monte Carlo方法相比 ,只须迭代 6次就可求得所需的可靠度 β ,计算效率很高 ,计算结果可精确到 0 0 0 0 1。此外 。

固体火箭发动机壳体的随机有限元分析

利用二阶矩法推导出圆柱壳和椭球壳基于弹性失效设计准则的中径公式的可靠度指标计算公式,并将其应用于某型号固体火箭发动机壳体的算例中。同时,利用Ansys软件建立该固体火箭发动机壳体有限元模型,在确定性有限元分析的基础上,对其进行随机有限元分析,求出结构的可靠度。分析表明,以材料的力学性能参数、壳体的几何参数为随机变量的固体火箭发动机壳体的可靠性设计是科学和必要的。最后,对输出的功能函数进行灵敏度分析,为结构参数的优化设计提供参考。

基于神经网络的长输管道综合可靠度评估方法

对长输管道可靠性进行评估的传统方法是,将管道结构视为一个串联或并联系统,运用可靠性的理论概念和各种失效概率假设,以故障率的统计资料为计算依据来进行可靠度的计算分析,可靠度也采用故障率等参数来表达。该方法表达方式简单,含义通俗易懂,计算过程简便。然而,该可靠度的结果存在实用性不足的明显缺陷,不便于将其结论直接应用于管道设计、在线检测评估、管道维护等实际工作。为此从6个方面进行了分析,提出了构建综合可靠度的理论设想。运用神经网络的基本原理和模型进行分析建模,并提供了分析思路和步骤。

油气管道腐蚀可靠性的贝叶斯评价法

对油气管道腐蚀危害因素进行分析,建立其失效故障树。根据故障树分析原理,找出导致管道腐蚀穿孔破坏的23个因素。通过对故障树的定性分析,采用下行法求出油气管道腐蚀失效故障树的96个全部最小割集,并确定失效的主要影响因素。结合最小割集不相交化法和贝叶斯可靠性评定法对管道腐蚀失效进行定量分析,通过某油气管道事故统计数据,利用贝叶斯可靠性评定方法求出油气管道腐蚀可靠性的一阶矩和二阶矩。对一阶矩和二阶矩进行拟合,求出油气管道腐蚀可靠性的第一近似下限和第二近似下限。结果表明:得出的油气腐蚀管道贝叶斯可靠性评价结果可以指导管道系统的维护和维修,降低管道运行的风险。

基于故障树的油气管道泄漏模糊可靠性评估

基于油气管道泄漏故障树,建立了油气管道泄漏事故及其影响因素不可靠度求解模型,实现了对油气管道可靠性的定量评估。采用左右模糊排序法将代表专家意见的模糊数转化为模糊可能性分数FPS,并在整合专家意见时,引入专家权重对其进行修正。专家权重与故障树基本事件权重,是通过建立不同的模糊层次分析结构模型,依据模糊互补判断矩阵的性质确定的,并通过相容性和一致性检验,确保专家决策的可靠性。各事件的故障概率求解结果可以定量反映其对管道不发生泄漏可靠性的影响程度,据此对实际算例进行了分析。

夯击载荷作用下埋地输气管道的可靠度分析

强夯是导致埋地输气管道第三方破坏的主要载荷形式之一。针对西气东输东段管线,将埋深作为随机变量,确定其分布规律。利用LS-DYNA商业有限元软件,基于非线性动力学基本理论和动态算法,在半无限土介质中,通过对动力参数和接触参数的合理设置,建立了夯锤-土-埋地管道在动力接触条件下的相互作用模型,计算不同埋深下夯击载荷对埋地输气管道的最大应力Sm,确定了Sm的分布规律。最后,由相关文献得到管道强度r的正态分布规律,运用应力-强度干涉模型的可靠度计算方法求得管道可靠度,并与Monte Carlo法的抽样结果进行比较。研究对埋地输气管道第三方破坏的预测预防以及管道的设计、施工具有重要的参考价值。

基于粘弹性随机有限元的固体推进剂药柱可靠性分析

固体推进剂是一种颗粒填充复合材料,其性能参数具有一定的分散性。为了讨论各类随机因素对药柱结构可靠性的影响,采用局部平均法离散参数随机场,并通过相关结构分解成归一化的独立随机变量,将可靠度指标算法和粘弹性随机有限元法相结合,进行了固体推进剂药柱的结构可靠性分析。算例表明,精度较高,收敛速度较快,适用于工程计算。

GO法在无水冷全固态激光器系统可靠性分析中的应用

GO法是一种以成功为导向的系统可靠性和风险性的分析技术。论文根据GO法的原理,构建无水冷全固态激光器系统的GO图,利用VC++编写了计算该系统的可靠性特征参量(系统故障率和平均维修时间等)和部件重要度分析的界面程序,得到的结果比较符合实验经验值,对激光器系统的使用以及维修时间等具有指导意义。

利用矩点估计法简化响应面可靠度指标的计算

针对响应面可靠度指标计算方法的缺陷,将罗森布鲁斯统计矩点估计法引入到经典响应面方法中对其进行改进。改进后响应面方法,考虑基本随机变量偏态情况,改变了模拟试验中随机变量抽样值的计算方法;直接采用了统计矩计算可靠度指标,使可靠度指标的计算在真实极限状态曲面的某些特殊点上进行;在计算过程中不需拟合近似极限状态曲面和对非线性方程进行线性化处理,不产生迭代误差和累积误差,计算过程简洁明了。最后分别利用改进的响应面方法和经典响应面方法分析了某一矿山大型工程的稳定可靠性,并以蒙特卡洛法计算结果作为准精确解进行了比较,计算结果满足工程要求。

流动保障中管道的颗粒侵蚀分析

颗粒侵蚀是管道流动保障研究中的一个主要问题,是导致管壁变薄、管道破裂的重要原因,直接关乎油藏能否安全地输送到采油终端。阐述了影响管道颗粒侵蚀的诸多因素,指出API规范中存在的不足,对现有的颗粒侵蚀模型进行了综合评价,提出了一种解决颗粒侵蚀问题的数值方法。通过计算相关文献中实验工况的颗粒侵蚀结果,比较分析了经验模型和CFX软件在分析管道颗粒侵蚀问题中的优缺点和适用性。分析结果认为,Tulsa模型具有较高的计算精度与较广的适用范围,CFX软件可以比较准确地计算气雾流管道内的颗粒侵蚀结果。