基于贝叶斯网络的城市地下燃气管道泄漏动态风险分析

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城市燃气管道是城市的重要基础设施和生命线,受到复杂环境和质量缺陷等因素的影响而导致事故频发。城市燃气管道多敷设于人口密集区,输送介质具有易燃易爆性,因此其安全问题不容忽视。传统的风险分析方法无法对城市燃气管道风险进行有效分析和实时判断,导致结果容易偏离实际。因此,对城市燃气管道事故进行动态风险分析对于预防和降低管道事故,保障燃气管道安全运行非常有必要。本文结合城市燃气管道的实际状况,应用贝叶斯网络(BN)、可靠性工程理论,研究城市燃气管道运行过程中的实时风险,提出了基于BN的城市燃气管道动态风险分析方法,旨在为采取及时有效的风险控制和应急措施提供依据。主要研究内容及结果如下:(1)通过对城市燃气管道泄漏事故统计分析,得到燃气管道泄漏事故原因主要有第三方破坏、腐蚀、管道缺陷、误操作及自然灾害等。利用蝴蝶结(BT)模型系统地识别出燃气管道的动静态风险因素,得到阴极保护失效(X14)、外防腐层失效(X15)、违章施工(X37)等动态风险因素和含杂质量偏高(X21)、壁厚不均匀(X25)等静态风险因素。(2)通过映射算法将城市燃气管道泄漏风险BT模型转化成BN模型,参考燃气管道事故数据库、相关文献及专家打分法确定基本事件的失效概率。利用最小割集、结构重要度、敏感度的分析结果及基本事件的失效概率,结合基本事件的动静分类结果,得到违章施工(X37)、蓄意破坏(X46)等排名前15的关键动态基本事件。(3)利用贝叶斯理论结合基本事件发生次数、物理可靠性模型对基本事件失效概率进行修正,用贝叶斯理论结合事故前兆数据对安全屏障失效概率进行更新,得到动态基本事件和安全屏障的时变失效概率。利用BN的推理功能,得到城市燃气管道动态泄漏失效概率和各事故出现的动态概率。(4)分析了城市燃气管道泄漏扩散模型,改进了城市燃气管道动态泄漏扩散模型。利用MATLAB软件对喷射火、蒸气云爆炸及火球等事故后果进行数值模拟,研究了压力、管径、裂口面积和风速等动态因素对城市燃气管道事故后果的影响规律,得到了压力、裂口面积及管径与事故伤害半径成曲线正比函数,而风速则成曲线反比的关系。(5)分析了城市燃气管道定量风险分析模型,提出了多后果的城市燃气管道事故动态风险分析模型,并分析了风险可容许准则,得到适用城市燃气管道的风险可容许准则。最后以某城市地下燃气管道为例进行工程实例应用,分析并计算了城市地下燃气管道泄漏事故动态风险,验证了文章建立的城市地下燃气管道动态风险分析方法的合理性与适用性。
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