基于生存分析的油气输送腐蚀管道维修策略研究

摘要

腐蚀是引起石油天然气输送管道受损的关键因素，会降低管道剩余强度，缩短管道剩余寿命，增大管道的检修难度和运行费用；因此，研究腐蚀引起的管道服役寿命变化等具有重要的经济效益和社会价值。为解决腐蚀油气管道的剩余寿命预测及维修等可靠性问题，本文展开基于伽马过程、逆高斯过程的生存分析模型预测管道剩余寿命以及基于故障管道检修的马尔科夫建模优化管道维修的深入研究，主要研究内容如下：
　　（1）为实现油气输送腐蚀管道定期维修经济最优化，本文基于伽马过程和可靠性相关理论，提出管道剩余寿命预测和维修策略优化方法。首先，采用伽马过程拟合管道腐蚀深度的变化规律；其次，建立腐蚀管道剩余寿命预测模型，进而计算其期望剩余寿命；最后，建立以维修程度、预防性维护最大值和平均剩余寿命为优化变量，期望费用率最低为目标的维修决策优化模型，确定最佳维修次数和期望费用率。
　　（2）为提供管道安全管理最优维修方案，本文建立油气输送管道逆高斯-状态空间腐蚀退化过程模型和维修决策优化模型。首先，根据腐蚀机理建立逆高斯-状态空间退化过程模型；其次，运用EM-PF方法估计模型参数，进而预测管道剩余寿命；最后，根据所建立腐蚀油气管道维修决策优化模型，计算模型最优的维修更换时间和最小费用。
　　（3）为研究考虑随机性、概率风险定量显著的腐蚀油气输送管道检修优化问题，本文建立基于故障多发的腐蚀管道完善检修的随机模型。首先，利用威布尔分布计算依据管壁厚度所划分各生命周期阶段的转移概率；其次，建立定期检修程序；最后，采用蒙特卡罗仿真退化模型测定腐蚀缺陷深度的预期增长。
　　作为油气输送管道腐蚀建模与仿真的基础性研究，本论文为油气输送管道腐蚀的深入研究提供了新的角度与方法，有助于深化对油气输送管道特别是剩余寿命以及优化维修策略的认识。所提出的基于伽马过程、逆高斯过程的生存分析模型和基于泄露故障的检修模型，案例分析表明具有一定的实用性，有助于提高可油气输送管道安全管理水平，减少伤亡事故。

目录

声明

1 绪论

1.1研究背景

1.2研究目的和意义

1.3理论综述

1.4研究现状

1.5研究内容、技术路线及论文结构

1.6本章小结

2 腐蚀油气管道生存分析

2.1油气管道生存分析

2.2生存分析模型

2.3油气管道腐蚀

2.4基于生存分析模型的腐蚀管道剩余寿命预测流程

2.5本章小结

3 基于伽马过程生存分析模型的管道维修策略研究

3.1基于伽马过程的生存分析模型

3.2腐蚀管道剩余寿命预测模型

3.3腐蚀管道维修决策及模型

3.4案例分析

3.5本章小结

4 基于逆高斯过程生存分析模型的管道维修策略研究

4.1基于逆高斯过程的生存分析模型

4.2逆高斯—状态空间退化过程模型

4.3预测管道剩余寿命

4.4腐蚀管道维修决策优化模型

4.5案例分析

4.6本章小结

5 基于马尔科夫决策的油气腐蚀管道维修策略研究

5.1马尔科夫理论

5.2管道周期阶段及失效概率

5.3管道检修决策

5.4管道检修的马尔科夫模型

5.5 X52管道腐蚀案例分析

5.6本章小结

6 结论与展望

6.1研究结论

6.2研究展望

参考文献

研究成果

致谢