基于马尔可夫链蒙特卡洛法的天然气管道腐蚀可靠性研究

【摘要】：随着管道服役时间的增长，由于腐蚀而导致的管道失效事故在国内外天然气管道失效事故中所占的比例远远高于其他因素引起的失效事故。管道一旦发生失效，就会给人们的生命财产安全及生态环境造成极大的影响。为了保证天然气管道的安全运营，对腐蚀管道进行可靠性研究就凸显出其重要的现实意义。本论文主要是在对相关理论进行深入研究的基础上，结合天然气管道腐蚀原因、腐蚀机理、可靠性模型等进行了系统研究，为管道制定相应的监控措施和维修计划提供了理论依据。主要研究内容如下： （1）天然气管道腐蚀原因分析。根据环向应力的变化情况，结合管道的几何尺寸、管道的腐蚀速率、管道的屈服强度等参数，基于蒙特卡洛法建立腐蚀可靠性模型，确定故障分布函数，对腐蚀管道的各个参数和失效概率进行分析和计算，并借助MATLAB工具完成整个仿真过程。并对腐蚀管道进行参数敏感性分析，找出了影响管道失效的关键因素。 （2）基于马尔可夫链蒙特卡洛法的可靠性模型。文中针对天然气管道因为腐蚀等原因而导致的性能衰退满足一般非线性的退化过程，建立了退化轨道模型，根据模型对腐蚀管道进行可靠性评价。用MATLAB工具对可靠性模型进行仿真，并比较蒙特卡洛法可靠性模型和马尔可夫链蒙特卡洛法可靠性模型的有效性。 （3）基于可靠性的维修总费用模型。从管道维修的实际情况出发，依据可靠性模型的仿真结果，基于维修经济性合理化建立一个维修总费用的策略模型，确定管道的最佳维修时刻，从而降低了天然气管道维修的总费用。 【关键词】：腐蚀管道 可靠性 蒙特卡洛法 马尔可夫链蒙特卡洛法 MATLAB
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TE988.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 引言8-16
• 1.1 研究背景及意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 腐蚀管道可靠性的研究现状10-12
• 1.2.2 马尔可夫链蒙特卡洛法理论应用研究现状12-13
• 1.3 研究主要内容及技术路线13-16
• 1.3.1 研究主要内容13-14
• 1.3.2 技术路线14-16
• 2 天然气管道腐蚀失效原因16-26
• 2.1 天然气管道失效原因16-19
• 2.2 天然气管道腐蚀形式19-20
• 2.3 天然气管道腐蚀原因20-25
• 2.3.1 天然气管道内腐蚀20-22
• 2.3.2 天然气管道外腐蚀22-25
• 2.3.3 其它腐蚀失效原因25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 天然气管道腐蚀可靠性模型26-40
• 3.1 天然气管道可靠性26-29
• 3.1.1 可靠性定义26
• 3.1.2 可靠性指标26-29
• 3.2 基于蒙特卡洛法的可靠性模型29-35
• 3.2.1 蒙特卡洛法29-31
• 3.2.2 可靠性评价参数31-32
• 3.2.3 可靠性失效状态函数32-35
• 3.3 模型实现35-39
• 3.3.1 腐蚀管道可靠性算例35-37
• 3.3.2 腐蚀管道参数敏感性分析37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 4 基于马尔可夫链蒙特卡洛法的可靠性模型40-54
• 4.1 马尔可夫链蒙特卡洛法40-44
• 4.1.1 马尔可夫链蒙特卡洛法理论40-43
• 4.1.2 Metropolis-Hastings 方法43-44
• 4.2 基于 MCMC 方法的可靠度预测值的计算方法44-47
• 4.3 基于 MCMC 方法的天然气管道腐蚀可靠性模型47-50
• 4.4 模型实现50-52
• 4.5 本章小结52-54
• 5 天然气管道维修策略54-64
• 5.1 维修的分类54-55
• 5.2 预防性维修分类55-58
• 5.2.1 完全维修方式56-57
• 5.2.2 最小维修方式57
• 5.2.3 不完全维修方式57-58
• 5.3 基于 MCMC 方法可靠性模型的维修策略58-60
• 5.4 马尔可夫链蒙特卡洛法维修决策模型应用60-63
• 5.5 本章小结63-64
• 6 结论与展望64-66
• 6.1 结论64-65
• 6.2 展望65-66
• 致谢66-68
• 参考文献68-72
• 附录 攻读所示学位期间发表的论文及参加的科研项目72

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