油气管道结构全寿命周期可靠性优化方法

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1、�石油化工安全环保技术�2012年第28卷第3期PETROCHEMICALSAFETYANDENVIRONMENTALPROTECTIONTECHNOLOGY21油气管道结构全寿命周期可靠性优化方法12王军，罗为民(1.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司，山东东营257026;2.中国石油化工股份有限公司江苏油田分公司，江苏扬州225000)摘要:对油气管道结构的优化设计方法进行了新的探讨，得到了以油气管道结构生命全过程的动态可靠性为约束，以油气管道结构初始投资�失效损失和维修加固费用之和为目标函数的油气管道结构优化设计表达式�该方法对油气管道结构的设计和管理具有一定的参考价值�

2、关键词:油气管道结构优化设计可靠性油气管道结构设计的目的是使所设计的油气修策略�管道结构不仅安全可靠，而且经济�适用�基于�(�)=�{�(�，�)�0，��［�，�］}(1)��可靠性理论的油气管道结构设计方法代替了过去式中，�为油气管道结构服役分析时刻，动态变凭经验定值地给定安全系数的容许应力设计法�量;�为服役基准期;�(�，�)为考虑油气管道�这种方法是把油气管道结构的抗力�和荷载效应结构�时刻预期技术状况影响的功能函数，为随�都作为随机变量，根据概率分析来确定油气管机过程，可表示为:道结构的破坏概率，从而使设计的油气管道结构�(�，�)=�(�，�)-�(�，�)(2)具有

3、明确的安全度�其中，�(�，�)为考虑�时刻预期油气管道结基于可靠性理论的优化方法与传统的优化方构状态修正的抗力随机过程，可取为非平稳随机法相比，具有较大的改进�如何合理地解决经济过程，其任意时点分布为对数正态分布;�(�，性和可靠性的矛盾，也一直是人们研究的重要课�)为考虑�时刻预期油气管道结构工作状态修正题�在以往的研究中，人们往往注重于油气管道和后续服役基准期变化的荷载效应随机过程，可结构设计期的经济性和可靠性的分析，局限于油取为平稳二项随机过程，其任意时点分布为极值气管道结构的初始状态，而对油气管道结构服役I型�期的工作状态熟视无睹，即忽视了除建造时油气为简化计算，且偏于安全

4、，也可采用后续服管道的初始成本外，尚有油气管道服役期巨大的役基准期内的最小抗力和最大荷载效应的概率分维修加固费用�在使用过程中，由于油气管道结布，将上述全随机过程模型转化为随机变量构本身的质量缺陷以及环境和荷载的共同作用，模型�油气管道结构的性能会随时间逐渐恶化，人们通�=�{(�-�)}�0(3)���过经常性的维修来延长其使用寿命或维护其使用式中，�为后续服役基准期�内最小抗力随机��-�功能�由于油气管道结构生命过程中的可靠度也随着时间变化，所以解决油气管道结构设计的经济性和可靠性之间的矛盾，应着眼于油气管道结收稿日期:2012-04-10�构生命的全过程，要考虑服役期间维修费

5、用的发作者简介:王军，男，2007年中国石油大学(华东)生�在很多情况下，油气管道结构服役期间总的油气储运专业毕业，学士，主要从事油气长输管道维修费用会超过它的初始造价�鉴于此，提出了方面的设计工作，助理工程师�E-mail:�jc�q198668一种基于油气管道结构动态可靠性评估方法和维@163.com�石油化工安全环保技术�2012年第28卷第3期22变量;��为后续服役基准期��-�内最大荷载效应��0=1-��0=1-(�0)(5)随机变量�油气管道结构初始投资C0是由可靠度设计水准决定的，即油气管道结构设计可靠度�的�11可靠性优化设计分析函数基于可靠性的优化模式是由For

6、sell最先提出C0=C0(��1)(6)来的�Forsell把将总耗费控制在最小作为优化目其中，C0并不直接表示为��1的函数，而是标�这里所指的总耗费是初始投资与期望损失值通过管道长度�单位管道长度的初始投资等经济(与失效概率有关的期望破坏损失)之和�Morse指标来表示，即首先探讨了基于可靠性的优化设计，主要研究了C(��1)=�F(��1)(7)可靠性与优化之间的关系;其次指出用整个结构式中，�为管道长度;F(��1)为单位长度管道的失效概率作为功能约束的优化过程，应该产生出初始投资�更加平衡与合理的安全度相一致的设计;同时指假设在油气管道结构服役期间进行�次维修出优化设计应

7、该考虑结构在各种荷载作用下的性加固，则能以及可能的强度衰减��C=C(8)����油气管道结构的服役期很长，不加维修的情�=1其中，第�次维修加固费用C是油气管道结况下，它的功能必然会衰退，故应采取及时�必��构维修加固后的可靠度��(�，�)(简记为��)要的维修和加固措施�一般地，油气管道结构设����计可靠度水准越高，建造油气管道结构的初始成与维修加固前的可靠度��(��，�)(简记为���)之差，��=��(�，�)-�(�，�)=��-�的函本越