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基于事故樹分析的壓力管道風險評價方法研究

文檔作者：王楷		點擊數：	更新時間： 2023年01月29日
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（申請工學碩士學位論文）
基于事故樹分析的壓力管道風險評價方
法研究
培 養單位： 資源與環境工程學院
學 科專業： 安全技術及工程
研 究 生 ：王楷
指 導教師： 梁開水教 授
2009 年 06 月
基 于事故樹分析的壓力管道定量風險評價方法研究王 楷 武漢理工大學

分類號密 級
U D C 學校代碼 10497
學 位 論 文
題 目 基于事故樹分析的壓力管道風險評價方法研究
英文題目 Study on Risk Assessment Method Based on
Fault Tree Analysis in Long Pipelines
研究生姓名 王楷
姓名 梁開水 職稱 教 授
單位名稱資源與環境工程學院郵編 430070
申請學位級別 碩 士 學科專業名稱 安全工程
論文提交日期 2009 年4 月論文答辯日期 2009 年5 月
學位授予單位 武漢理工大學 學位授予日期
答辯委員會主席 評閱人
2009 年 5 月
指導教師 獨創 性 聲 明
本人聲明，所呈交的論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的
研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含
其他人已經發表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得武漢理工大學或其它教
育機構的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任
何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。
研究生(簽名)： 日期
關于論文使用授權的說明
本人完全了解武漢理工大學有關保留、使用學位論文的規定，即：學校有
權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱
和借閱。本人授權武漢理工大學可以將本學位論文的全部內容編入有關數據庫
進行檢索，可以采用影印、縮印或其他復制手段保存或匯編本學位論文。同時
授權經武漢理工大學認可的國家有關機構或論文數據庫使用或收錄本學位論
文，并向社會公眾提供信息服務。
(保密的論文在解密后應遵守此規定)
研究生(簽名)： 導師(簽名)： 日期www.bzfxw.com
武漢理工大學碩士學位論文
I
摘 要
縱觀管道運輸行業多年的發展，壓力管道事故頻發，壓力管道安全形勢嚴
峻，引起了社會的強烈反響，因此，管道系統的后期管理，可靠性分析及風險
評價為各方面所重視，完善和發展該方面的技術刻不容緩。
根據在役壓力管道的特點，對壓力管道風險管理理論進行了系統闡釋，并
對壓力管道風險管理的系列關鍵技術的突破和進展作了介紹。通過對國外大量
管道失效事件類型和后果的分析，尋找壓力管道風險事件的基本規律，從而為
研究在役壓力管道風險管理提供經驗和規律性的依據。
事故樹分析是適用于大型復雜系統的可靠性和安全性分析的一種技術，應
用事故樹分析的原理建立基于破裂和穿透兩種失效形式的長輸油氣管道事故
樹，對事故樹進行定性分析，求出最小割集，識別引起管道失效的主要影響因
素。事故樹分析法從本質上是一個容易計算的定性模型，因此還可以用事故樹
模型進行管道定量風險分析。
長輸管道系統中由于缺乏足夠的現場數據及實驗數據，因此運用模糊事故
樹分析法對長輸壓力管道系統進行分析。以長輸管道主要風險因素事故樹為模
型，運用三角模糊數表示事件發生的概率，計算管道失效概率，并將模糊重要
度分析的中值法引入長輸管道系統的事故樹分析中，給出計算方法及步驟，并
用模糊重要度法對事故樹基本事件進行排序，為處理長輸管道事故樹中的模糊
問題提供了一種研究思路。
運行中的油氣管道是一個復雜的系統，這個系統部分信息已知，部分信息
未知，因而可以看做一個灰色系統。同樣以長輸管道主要風險事故樹為模型，
運用灰色系統中的灰關聯分析進行事故樹診斷的綜合分析。通過進行關聯度計
算及排序，對各種事故模式發生的可能性大小做出了判斷。這種方法為控制事
故的發生，處理事故的輕重緩急，改進系統的可靠性和安全性提供了理論依據。
本文首先借鑒國內外已有數據和經驗，將管道分類分段細化，建立每個管
段獨立簡化的事故樹；然后進行定性定量分析找出薄弱管段和風險因素，并進
行風險因素大小排序，從而為管道的風險管理提供具體的理論數據基礎。
關鍵詞：壓力管道，事故樹，風險評價，模糊，灰色 www.bzfxw.com
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II
Abstract
Accidents in pipelines have occurred frequently in the past period of pipelines
transporting development. Pressure Pipelines safety situation is stern.Public tolerance
is now decreasing. Therefore, Risk reduction in hazardous pipelines is more and more
important,such as：improvement of management system, reliability and risk analysis.
The analysis of major accidents in hazardous pipelines underlines how the
systematic control of the hazards involved is essential for prevention purposes.
Identification of pipeline hazards associated with the different pipeline system
functions is essential for risk analysis and historical data are of great importance. In
the light of pipeline accidents occurred in Russia,Europe and the US,during
70's-nearly 90's,an analysis has been carried out,with the aim of full understanding
the accidents and accidental causes as to provide a referential experience for the daily
operation in the type elementary division of pipeline. Distinction should be made
between several categories of pipelines e.g. gas and hazardous liquids pipelines,
sincethe associated risks are of different nature and level. It is also important to
distinguish between risks associated with different functions of pipeline systems.
FTA (Fault Tree Analysis) is an effective method to evaluate the reliability and
security of large complex system. Using this way, the failure of oil and gas pipeline
sis discussed. The fault tree of oil and gas Pipelines is established by considering two
major failure modes of pipelines: leaking and rupture. All the minimal cut-sets are got
through qualitative analysis.The basic risk factors are investigated that cause failure
of pipelines. Fault Tree is also a model that quantitative analysis is based upon.
In the fault tree quantitative analysis of oil and gas pipelines,due to lacking of
the enough test-data and field-data, the fuzzy mathematics analysis method is
introduced. Triangular fuzzy-numberdesignated probability of the basic events in fault
tree. A method-Median method for analyzing fuzzy significance was provided to
order the basic events in fault tree.The process of calculation and steps were
presented in detail. The fuzzy probability order and classification are also found.The
method given in this article is a new way to treat fuzzy failure probability of events inwww.bzfxw.com
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III
oil and gas pipelines.
Oil and gas pipelines can be regarded as a grey system for its characteristic and
grey theory, Grey correlation analysis is applied in the model identification of the
fault diagnosis and fault tree analysis. The possibility of fault model could be judged
correctly in the fault tree analysis, which provides a scientific basis for fault handling
in order to improve the reliability and security of the system.
The paper is concluded with the point of view. Detailed distinction should be
made between pipelines; the different fault tree should be established according to
different pipelines and different part of pipeline;appropriate quantitative analysis
based upon fault tree should be applied; a scientific and dada bases should be set up
for manager.
Key words: Pressure pipeline，Fault Tree Analysis， Risk assessment，Fuzzy，Grey
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IV
目 錄
Abstract ..........................................................II
第 1 章 緒 論.......................................................1
1.1 概述................................................................ 1
1.2 現役油氣壓力管道運行現狀............................................. 2
1.3 壓力管道安全形勢.................................................... 3
1.3.1 典型壓力管道的失效事件.................................................................................. 3
1.3.2 壓力管道事故多發的原因.................................................................................. 3
1.4 國內外研究現狀....................................................... 4
1.4.1 壓力管道風險評價相關技術研究現狀.............................................................. 4
1.4.2 壓力管道風險評價方法...................................................................................... 5
1.4.3 壓力管道風險評價技術的應用.......................................................................... 6
1.4.4 壓力管道風險評價技術的發展趨勢.................................................................. 7
1.5 本課題主要研究內容................................................... 8
第 2 章 壓力管道風險管理理論及風險因素統計分析.....................10
2.1 壓力管道風險管理理論的系統提出...................................... 10
2.1.1 風險概述........................................................................................................... 10
2.1.2 風險管理概述................................................................................................... 12
2.1.3 我國壓力管道風險管理研究狀況.................................................................... 13
2.1.4 壓力管道風險管理理論的系統闡述................................................................ 14
2.2 壓力管道風險識別與分析............................................. 15
2.2.1 壓力管道風險識別........................................................................................... 15
2.2.2 壓力管道失效分析........................................................................................... 16
2.3 長輸壓力管道事故風險因素............................................ 17
2.3.1 長輸壓力管道事故原因.................................................................................... 18
2.3.2 事故數據來源................................................................................................... 20
2.3.3 事故頻率數據................................................................................................... 20
2.3.4 全失效頻率數據............................................................................................... 22
2.3.5 討論................................................................................................................... 23
第3 章 事故樹分析研究.............................................25
3.1 事故樹分析法........................................................ 25
3.1.1 簡介................................................................................................................... 25
3.2 長輸壓力管道事故樹的建立............................................. 26
3.3 長輸管道事故樹定性分析.............................................. 30
3.3.1 基本認識............................................................................................................ 30
3.3.2 最小割集............................................................................................................ 30www.bzfxw.com
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V
3.3.3 管道失效的主要影響因素................................................................................ 32
3.4 本章小結............................................................ 33
第 4 章 基于模糊理論的長輸管道事故樹定量分析......................34
4.1 模糊事故樹定量分析................................................. 34
4.1.1 隨機性與模糊性................................................................................................. 34
4.1.2 整體思路............................................................................................................. 34
4.2 三角模糊數.......................................................... 35
4.3 長輸管道主要風險因素事故樹.......................................... 37
4.4 求頂事件模糊概率可能性分布.......................................... 38
4.5 模糊重要度分析..................................................... 39
4.6 本章小結........................................................... 41
第 5 章 長輸管道灰色理論定量分析研究...............................43
5.1 灰色系統理論的產生與發展............................................ 43
5.2 灰色系統的定義..................................................... 43
5.3 灰色系統的特點..................................................... 44
5.4 灰色系統的灰關聯分析............................................... 45
5.4.1 灰關聯分析的意圖.............................................................................................. 45
5.4.2 灰關聯分析的功能............................................................................................. 45
5.4.3 灰關聯分析的技術內涵...................................................................................... 46
5.4.4 灰關聯分析的數學模型...................................................................................... 46
5.5 長輸管道事故因素的灰關聯分析........................................ 47
5.5.1 灰關聯分析應用于長輸管道的優點.................................................................. 47
5.5.2 灰關聯分析的方法步驟....................................................................................... 47
5.5.3 灰關聯分析在事故樹分析中的引進.................................................................. 48
5.6 長輸管道主要風險因素事故樹灰關聯度分析.............................. 49
5.6.1 長輸管道風險因素重要度分析.......................................................................... 49
5.7 本章小結........................................................... 53
第六章 結論與展望 .................................................55
6.1 結論................................................................ 55
6.2 研究展望........................................................... 56
參考文獻 ..........................................................57
攻讀碩士學位期間發表論文 ..........................................60
致 謝 ..........................................................61

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