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        埋地油氣管道失效分析及風(fēng)險評估

        2010-08-08 07:56:40宋志強李著信傅在善
        中國儲運 2010年4期
        關(guān)鍵詞:輸油管道分析

        文/宋志強 李著信 傅在善

        油氣輸送管道長時間服役后,因外部干擾、腐蝕和施工質(zhì)量及材質(zhì)的原因會造成發(fā)生失效事故,導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、中毒,造成重大的經(jīng)濟損失、人員傷亡和環(huán)境污染。因而,在事故發(fā)生后,及時對失效模式、機理和原因進(jìn)行分析和診斷,建立相應(yīng)的風(fēng)險評估預(yù)案,對于減少管道失效事故,防止類似事故的重演具有重要的意義。

        1.油氣管道失效分析

        1.1 油氣管道失效的分類

        油氣管道失效模式主要有斷裂、變形、表面損傷,其中以表面損傷為多見,包括管道的裂紋、腐蝕坑等。表1為主要失效模式一覽表。

        1.2 引起埋地油氣管道失效的主要因素

        影響管道安全的主要因素有設(shè)計、制造、施工、腐蝕、運行管理維護(hù)、第三方破壞。設(shè)計因素主要包括管道強度的安全裕度、允許最大操作壓力與實際操作壓力的裕度、管道應(yīng)力變化與頻率、管道沉降等方面;制造因素包括管材的內(nèi)部和表面缺陷、焊縫缺陷、制管偏差與質(zhì)量控制;施工因素包括管道的敷設(shè)、焊接、補口、檢驗、回填、試壓、監(jiān)理、施工隊伍資質(zhì)等;腐蝕因素為與管內(nèi)介質(zhì)腐蝕性強弱和防腐措施有關(guān)的內(nèi)腐蝕和與陰極保護(hù)、外防腐層質(zhì)量、土壤腐蝕性、電流干擾、應(yīng)力腐蝕等因素有關(guān)的外腐蝕;運行管理維護(hù)因素包括由于管理水平、技術(shù)水平、員工素質(zhì)和監(jiān)督機制不健全引起的錯誤操作帶來的破壞;第三方破壞即管道附近區(qū)域人為活動造成的管道結(jié)構(gòu)或性能的破壞,主要因素有管道最小埋深、人群活動水平、公眾教育狀況、管道地面設(shè)施等。具體可分為以下幾類:

        表1 埋地油氣管道主要失效模式

        (1)腐蝕,包括內(nèi)腐蝕、外腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂 (SCC)。

        (2)管體缺陷,包括制管缺陷和施工期間造成的缺陷。

        (3)第三方破壞。

        (4)誤操作。

        (5)設(shè)備缺陷。

        (6)自然與地質(zhì)災(zāi)害,包括滑坡、泥石流、崩塌、地表沉陷等。

        (7)疲勞。

        根據(jù)對國內(nèi)外大量的管道事故統(tǒng)計資料分析,影響管道安全的因素在形成的管道事故中所占的比例不同(見圖1),從中要可以看出腐蝕、第三方破壞是最主要的因素。

        2.埋地油氣管道失效后果影響分析(略)

        3.基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的埋地油氣管道失效分析

        3.1 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論

        模糊系統(tǒng)理論自1965年由美國控制論專家L.A.Zadeh教授創(chuàng)立以來,已廣泛應(yīng)用于許多不同的領(lǐng)域,模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Fuzzy Neural Network,F(xiàn)NN)吸取了模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點,避免了兩者的缺點,已經(jīng)成為當(dāng)今智能控制研究的熱點之一。FNN在本質(zhì)上就是將常規(guī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (如前向反饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))賦予模糊輸入信號和模糊權(quán)值。

        3.2 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的埋地油氣管道失效分析

        我們將埋地輸油管道失效后果的主要影響因素作為模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù),將某管道公司的直接經(jīng)濟損失作為模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出參數(shù)。由于缺乏埋地輸油管道失效后果的實際數(shù)據(jù),根據(jù)失效后果計算公式,對于社會及公眾的危害,采用定性評分的方法,對于管道公司的直接經(jīng)濟損失,根據(jù)3.2節(jié)的方法(式(1)~(3)),構(gòu)造 14 個輸入樣本和輸出樣本,如表2~3所示。假設(shè)管道修復(fù)費用為5,000元,不考慮管道公司的市值損失和無形資產(chǎn)損失。

        根據(jù)模糊理論,對輸入?yún)?shù)進(jìn)行模糊劃分,每個輸入?yún)?shù)有5個語言變量,并對定性輸入?yún)?shù)進(jìn)行離散化處理,如表4所示。

        由于樣本數(shù)據(jù)變化較大,故先對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理,將處理后的11個參數(shù)作為模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入,則模糊規(guī)則數(shù)有511個,若全部采用,則網(wǎng)絡(luò)規(guī)模將會非常龐大,降低網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)速度,本文采用K-means方法對樣本聚類,得到有效模糊規(guī)則數(shù)為7個,構(gòu)造一個 11×55×55×7×2 的 5 層正規(guī)化模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),利用構(gòu)造的前12個輸入輸出樣本對模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練,然后利用訓(xùn)練好的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測,預(yù)測結(jié)果如表5所示。

        從表5中可以看出,正規(guī)化模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測精度較高,最大相對誤差為2.83%,滿足工程應(yīng)用的要求,因此,利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測埋地輸油管道的失效后果是可行的。

        4.結(jié)論

        通過對埋地油氣管道失效性分析,探討了失效模式和影響因素,并對失效后產(chǎn)生后果的主要影響因素進(jìn)行了分析,最后根據(jù)實例,利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測埋地輸油管道的失效后果進(jìn)行了模糊評估,驗證了該方法的可行性。結(jié)論可知,與實際效果是基本可行的,從而可以為其后進(jìn)行油氣管道失效后的風(fēng)險評價,并制定相應(yīng)的防范預(yù)案提供一種良好的途徑。

        表2 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入樣本和輸出樣本

        表3 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入樣本和輸出樣本

        表4 定性輸入?yún)?shù)的離散化結(jié)果

        表5 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測結(jié)果

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