基于 FTA-BN模型的城市燃气管道失效风险分析.pdf

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1、北京石油化工学院学报第22卷第3期VoI．22NO．3Journa1ofBeijingInstituteof2014年9月Sep．2014Petro—chemicalTechnology基于FTA—BN模型的城市燃气管道失效风险分析张继旺，马庆春，张来斌。(中国石油大学(北京)机械与储运工程学院，北京102249)摘要：为了找出导致城市燃气管道失效事故的原因，以城市燃气管道失效事故为研究对象，采用故障树方法和贝叶斯网络模型对其进行分析。通过实例分析，找出了导致某市城市燃气管道失效事故概率较大的因素分别为：阴极保护失效、外腐蚀、内腐蚀、外力影响、施工缺陷等。结果表明，基

2、于FTA—BN模型的城市燃气管道失效风险分析方法注重基事件的多态性和事件问逻辑关系合理性，能推算出更准确的基事件概率分布，同时可以找出导致事故发生的最有可能途径，为城市燃气管道失效事故预防、风险控制、安全管理提供较为合理性建议。关键词：燃气管道；故障树；贝叶斯网络中图分类号：X932文献标志码：A近年来，城市燃气以其环保、热值高、安全由总体到局部按倒置树状逐层细化，从而判别等优点而得到迅速发展与普及。伴随着城市燃系统故障的原因，确定故障发生的概率。他表气的发展及大量天然气管道的铺设，城市燃气示系统的特定事件(不希望发生事件)与各子系着火、爆炸、中毒等恶性事故时有发生，

3、已成为统故障事件之间的逻辑结构关系。继交通事故、工伤事故之后的第三大杀手l1]。1．2BN方法因此，陈杨L3]、高文学l4等提出城市燃气管道故贝叶斯网络又称贝叶斯信度网络，是图论障树分析。故障树分析法是一种基于割集的风与概率论的结合，直观地表示一个因果关系。险分析方法，只能进行事件二态性的分析，且不在贝叶斯网络中，每个节点都带有一张概率表能逆向推理。从推理机制来看，贝叶斯网络可的有向无环图。如果从节点X到节点y有1以弥补事故树的一些不足]，既能进行前向的条边，那么X为y的父节点(Parent)，而y为预测推理，又能进行后向的诊断推理l7]。笔者x的子节点(Child)

4、。没有任何导人箭头的节提出综合利用故障树分析(FaultTree点叫根结点，没有子节点的节．点称为叶节点Analysis，FTA)方法与贝叶斯网络(Bayesian(Leafnode)。每个子节点都有1个在父节点Networks，BN)方法，以城市燃气管道失效事的取值组合下的条件概率分布，每个条件概率故为顶事件建立故障树，并将故障树转换为贝表可以用来描述相关随机变量之间局部联合概叶斯网络进行分析。率分布集，代表子结点同其父结点的相关关1基本方法概述系lg]，利用联合概率分布可以直接计算顶事件T的发生概率。1．1FTA方法FTA方法是系统可靠性研究中常用的一P(T一1)

5、一几P[X／F(X)](1)种重要方法，是在一定条件下对故障事件进行式中，X对应于子节点；F(X)对应于父节点；逻辑推理的方法l8]。他将系统故障形成的原因为贝叶斯网络中节点的数目。按照贝叶斯公式给出的条件概率定义收稿日期：2014—0326作者简介：张继旺(1991一)，男，硕士生，主要研究方向为安P(AlB)一(2)全评价、风险分析、数值模拟，E—mail：121889248@qq．tom。第3期张继旺等．基于FTA—BN模型的城市燃气管道失效风险分析33假设A为一个变量，存在个状态a，a，件的失效分布确定贝叶斯网络中根节点的先验⋯，a。则由全概率公式可以得到：分

6、布。P(B)一>：P(BlA—a)P(A—a)(3)(3)对事故树中的逻辑门，在贝叶斯网络中建立1个相应的节点，并根据该逻辑门的输出从而根据贝叶斯公式得到后验概率P(Bl事件名称进行命名，对于重复的输出事件只建A)[。立1个节点。1．3基于故障树的贝叶斯网路(4)按照事故树中顶事件、中间事件和底事1．3．1FTA向BN的转化件之间的连接关系建立贝叶斯网络中节点之间按照故障树与贝叶斯网络的主要映射关系：的连接。事件一节点、逻辑门一连接强度，将故障树转换为(5)按照事故树中与、或、非以及表决逻辑贝叶斯网络。FTA向BN转化算法如下口：关系确定贝叶斯网络中非根节点的条件概率

7、(1)对事故树中的基本事件或中间事件，在分布。贝叶斯网络中建立1个根节点，并根据该事件与／或逻辑关系对应的贝叶斯网络拓扑结名称进行命名，对于重复事件只建立1个节点。构及条件概率分布如图1所示。(2)按照事故树中相应基本事件或中问事a1=1，日2=1)=1else)=0图1与／或逻辑关系在贝叶斯网络中的表示1．3．2BN模型的修正2实例应用在故障树分析中，逻辑门处理的是确定性关系，如图1中或门，只要a和a中任意一个以某市城市燃气管道为例口，建立该市城发生，则顶事件T必然发生。在实际中并不一市燃气管道失效故障树，在此基础上，按照定是这样的，即使a与a。都