城市燃气管网安全评估系统的研发与应用.docx

城市燃气管网安全评估系统的研发与应用1研发背景《管道风险管理手册》[1]介绍了埋地长输管道安全评估的方法，其利用大量、完整、可靠的管线建设运行数据，归纳出各影响因素的分值。我们也曾试图借鉴其方法[2]，请有关专家填写调查表，经统计处理确定各影响因素的分值，填表人员来自设计、施工、监理、运行、抢修、管理等部门，结果表明其评估结论与实际情况有较大偏差[3]。究其原因：第一、长输管道与城市燃气管网的建设与管理有明显的差别。第二、《管道风险管理手册》中的模型多数影响因素是概念性的，专家赋值有很大的主观性，而统计赋值则要有大量准确可靠的历史和运行数据。第三、该模型认为新建管道的技术参数完全达到设计标准的要求。上述建立模型的条件对于长输管道是可行的，但对于城市燃气管网，要符合这些建模条件则较困难。因此，应根据经典管道安全评估的原理，结合城市燃气管网的特点，建立城市燃气管网的安全评估模型。2研究内容及技术路线2.1安全评估系统结构城市燃气管网安全状况取决于管道运行的风险系数，即事故发生可能性与事故后果严重性这两部分的量化指标的乘积。由上图可知，事故可能性取决于引发因素和控制投入两方面的相互作用。前者引发因素是城市燃气管网失效的主要原因，对管网的安全状态是不利的，后者控制投入体现在安全管理方面，对管网的安全状态是有利的，是我们能够有所作为的。和位于市郊的管段相比，位于闹市区的燃气管段发生事故时的损失可能要大得多，必须给予更多的控制投入。因此，如果上述两个管段事故可能性相同，由于后果严重度不同，管段的安全等级是不同的。因此，单纯按照事故可能性判断，并不能保证管网系统的整体安全性能的提高。2.2事故可能性的评估2.2.1腐蚀防护状态2.2.1.1影响因素分析腐蚀防护状态取决于防腐层现状、阴极保护有效性、土壤理化性能、杂散电流分布等诸多因素，凡是影响上述方面的因素都有可能直接或间接地影响管道的腐蚀防护状态。许多因素对腐蚀防护状态的影响是非线性的，各因素之间有着不同的相关程度。完全测取需要很长时间和巨大投资，且各数据间存在大量的信息重复，使模型变量维数无谓加大，因而有必要根据城市燃气管网的具体情况，进行降维预处理。我们首先通过聚类分析，依据6条市政管和6个庭院小区的管段检测数据和开挖情况，对影响腐蚀防护状态的因素进行相关分析和聚类分析。结果表明：影响腐蚀防护状态的44个因素在相关系数大于0.5的条件下，明显地聚为8类。为了从同类因素中选取有代表性的特征因素，对同类因素进行主成份分析，以贡献率作为选择特征因素的依据，同时也对44个因素直接进行主成分分析，以避免聚类分析可能产生的漏项。最后通过SPSS软件分析可知，整合出的8个主要因素的特征贡献率已达到95.1%。2.2.1.2评估单元划分我们将评估过程分为两步：1)利用所有的基本因素和组合因素对原子级管段进行初评；2)把相邻且初评结果相同的管段进行归并，再利用该组合的修正因素，修正初评结果，得出最终评估结果。2.2.1.3评估模型建立针对城市燃气管网历史数据匮乏的实际情况，我们以管网现状调查数据为主，运行记录数据为辅，采用BP神经网络建立了腐蚀防护状态的评估模型。上一页123下一页具有如下特点：1)主要依据管道现状实测数据，历史数据仅作为参考；2)通过中间层参数设计，较好实现了各影响因素的非线性映射；3)充分考虑了各影响因素间的交互作用；4)具备强大的自学习，自修正功能。先用少量样本建立模型，随着检测数据的逐渐积累，可不断进行自学习，使评估结果接近实际情况。2.2.2外力损坏状态2.2.2.1影响因素分析外力损坏主要是指由于第三方活动或环境自然变化而使管道受损，造成管道破裂，导致燃气外泄。外力损坏在城市燃气管网事故中占有相当高的比例。影响城市燃气管网外力损坏的因素包括管道的埋设深度、人在管道附近的活动状况、管道附属设备状况、管道附近其他市政设施、管道附近施工活动、管道沿线标志是否清楚、管道维护管理水平、地质地貌变迁以及地基沉降等。2.2.2.2评估单元划分评估单元划分原则如下：1)管径和压力级制为分段主因素；2)地面人流和建筑物情况为第二分段因素；3)阀门和凝液缸为第三分段因素。根据上述原则，我们将200公里被测管道划分为188个评估单元，并完成了评估数据的现场采集。2.2.2.3评估模型建立根据外力损坏影响因素的特征，我们采用故障树分析法和模糊综合评估方法相结合的数学模型。通过故障树分析，建立布尔代数模型，求取最小割集(径集)，得到引起外力损坏的各种基本事件及其它们的重要度，然后运用模糊集理论求得外力损坏的事故概率。2.2.3人为失误状态2.2.3.1影响因素分析影响人为失误的因素主要是两个方面，一方面是人的素质，即从事管网设计、施工、运行和维护人员的技术和道德素质；另一方面是指对从事设计、施工、运行