一種管道挖掘機(jī)械損傷失效概率確定方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油氣管道技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種管道挖掘機(jī)械損傷失效概率確定方 法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 第三方損壞是影響油氣管道安全運(yùn)行主要威脅因素之一，根據(jù)美國D0T、加拿大ERCB及歐洲EGIG的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，第三方損壞造成的事故已分別占到各類管道事故的 40%、47. 2%和48. 4%，第三方損壞一般包括挖掘損壞、碾壓、占壓、打孔盜油、墜落沖擊等， 在各類第三方損壞事故中，主要是由于挖掘施工活動對管道造成的損傷?，F(xiàn)階段我國經(jīng)濟(jì) 發(fā)展迅速，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)活動快速發(fā)展，經(jīng)常會發(fā)生油氣管道與其他工程交叉施工現(xiàn)象，每 年都有多起因挖掘施工導(dǎo)致管道損傷的事故發(fā)生。管道被挖斷以后，會進(jìn)一步引起火災(zāi)、爆 炸、環(huán)境污染等影響，因此深入研究挖掘損傷導(dǎo)致的失效概率，是非常有意義的。
[0003]目前國內(nèi)外針對第三方挖掘施工導(dǎo)致管道失效概率計(jì)算以半定量方法為主，應(yīng)用 最廣泛的是kent打分法。半定量方法通過設(shè)定與第三方施工相關(guān)的指標(biāo)，對每一個(gè)指標(biāo)賦 予一定分值，采用打分方法確定相對失效概率。其中，Kent法針對第三方挖掘損壞的研究 內(nèi)容主要側(cè)重于在特定環(huán)境下，管道上方發(fā)生第三方挖掘施工的相對概率，但是，對于發(fā)生 挖掘行為后，挖掘設(shè)備對管道的機(jī)械損傷卻無法評估。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種管道挖掘機(jī)械損傷失效概率確定方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中 無法有效評估第三方挖掘?qū)τ诠艿赖臋C(jī)械損傷的技術(shù)問題。
[0005]本發(fā)明實(shí)施例提供一種管道挖掘機(jī)械損傷失效概率確定方法，包括：
[0006]基于管道的管道屬性數(shù)據(jù)和周邊環(huán)境數(shù)據(jù)確定所述管道的故障樹模型中各基本 事件的發(fā)生概率；
[0007]基于所述各基本事件的發(fā)生概率計(jì)算單位長度管道上方下一年度發(fā)生挖掘活動 的頻次R;
[0008]確定所述管道的穿刺失效極限態(tài)方程gl、凹陷失效極限態(tài)方程&和管道破裂極限 態(tài)方程g3;
[0009]確定在一次挖掘活動中所述管道發(fā)生泄露的泄漏極限態(tài)方程Z1=f(gl〈0org2〈〇)，以及所述管道發(fā)生破裂的破裂極限態(tài)方程Zr=f(g3〈0);
[0010] 基于所述頻次R、所述泄漏極限態(tài)方程ZjP所述破裂極限態(tài)方程Zr確定出所述管 道因挖掘損傷的失效概率。
[0011] 可選的，所述各基本事件包括：管道上方活動水平事件隊(duì)、意外挖掘到管道事件B2、管道地面標(biāo)識防護(hù)失效事件B3、警示帶防護(hù)失效事件B4、管道企業(yè)未準(zhǔn)確定位管道位置 B5、挖掘期間無巡線事件B6、巡線未發(fā)現(xiàn)挖掘活動事件B7、挖掘單位未發(fā)現(xiàn)警示牌事件Bs、挖 掘施工單位忽略警示牌事件B9、開挖深度超過管道埋深事件隊(duì)。、機(jī)械保護(hù)失效事件Bn。
[0012] 可選的，通過以下公式確定所述頻次R:
[0013] R=RB1*RE1*RE2
[0014] RE1 - RE3+RB2 - (RE3RB2)
[0015]RE2 - RB10RB11
[0016] RE3 - RB3RB4RE4
[0017] RE4 - RB5+RE5 - (RB5RE5)
[0018] RE5 - RE6RE7
[0019] RE6 - R冊+RB7 - (RB6RB7)
[0020] RE7 - RB8+RB9_ (RB8RB9)
[0021 ] 其中，其中，R表示所述頻次；
[0022] RB1表示基本事件Bi的發(fā)生概率；
[0023] RB2表示基本事件B2的發(fā)生概率；
[0024] 表示基本事件B3的發(fā)生概率；
[0025] RB4表示基本事件B4的發(fā)生概率；
[0026] RB5表示基本事件B5的發(fā)生概率；
[0027] RB6表示基本事件B6的發(fā)生概率；
[0028] RB7表示基本事件B7的發(fā)生概率；
[0029] RBS表示基本事件Bs的發(fā)生概率；
[0030] RB9表示基本事件B9的發(fā)生概率；
[0031] RB1。表示基本事件Bi。的發(fā)生概率；
[0032] RB11表示基本事件的發(fā)生概率。
[0033] 可選的，所述穿刺失效極限態(tài)方程gl，具體通過以下公式計(jì)算獲得：
[0034] g1 (r,q) =r-q
[0035] 式中：
[0036] q表示挖掘活動對管道的沖擊力的概率分布；
[0037]r表示管道抗力。
[0038] 可選的，通過以下公式計(jì)算q:
[0039] q=Rd*Rn*Qm
[0040] 式中：RD表示動態(tài)影響載荷因子，取值為2/3 ;
[0041] RN表示標(biāo)準(zhǔn)載荷因子，具體等于均值為0. 5、標(biāo)準(zhǔn)差為0. 0833的均勻分布；
[0042] QM表示挖掘機(jī)最大靜態(tài)沖擊力；
[0043] 其中，挖掘機(jī)最大靜態(tài)沖擊力QM通過以下公式計(jì)算獲得：
[0044] Qm= 16. 5Μ°·6919+Ν
[0045] 式中，Μ-為挖掘機(jī)的重量；
[0046] Ν-模型誤差的隨機(jī)變量。
[0047] 可選的，所述凹陷失效極限態(tài)方程&通過以下公式計(jì)算獲得：
[0048] g2 ( 〇 c, 〇 ρ) = 〇 c~ 〇ρ
[0049] 式中：σ。一臨界環(huán)向應(yīng)力，MPa;
[0050] σp-施加的環(huán)向應(yīng)力，MPa;
[0051]其中，的計(jì)算公式如下：
[0053]其中，KIC指的是臨界應(yīng)力密度，計(jì)算方法如下：
[0055]bJPb2計(jì)算公式如下：
[0058] Folias鼓脹系數(shù)，計(jì)算公式如下：
[0060] d。為零內(nèi)部壓力時(shí)的凹陷深度，單位mm:
[0062] S"、Y"、Yb計(jì)算公式分別如下：
[0063] Sn= (l-1.8d〇/D)
[0066] 其中，E-楊氏模量；
[0067] Cv-2/3尺寸試樣的夏比能量，單位：J;
[0068]Cv。一經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，等于110. 3J;
[0069] Ac一2/3夏比試驗(yàn)V形缺口試樣橫截面面積，等于53. 55mm2;
[0070]P-內(nèi)部壓力（MPa);
[0071] D-管道直徑（mm);
[0072] t_管道壁厚（mm);
[0073]L一斗齒長度（mm)，均值為90mm，標(biāo)準(zhǔn)差為28. 9mm的均勾分布；
[0074]ω一斗齒寬度（mm) ^ 3. 5 (mm)；
[0075] 〇y-管材屈服強(qiáng)度（MPa);
[0076]〇u-極限抗拉強(qiáng)度（MPa)，σu=〇·6432 〇y+296. 83 ;
[0077] 1一凹陷長度（mm)，服從均值為201mm，標(biāo)準(zhǔn)差為372mm的對數(shù)正態(tài)分布；
[0078]a-凹陷深度（mm)，服從均值為1. 2mm，標(biāo)準(zhǔn)差為1. 1mm的韋伯分布；
[0079]q-表示挖掘活動對管道的沖擊力的概率分布（KN);
[0080] σp的計(jì)算公式如下：
[0081] σ p= σ h (cos2 Θ+〇· 3sin2 Θ)
[0082] 式中：σh=PD/2t;
[0083] Θ =凹陷與管道軸線之間的角度。
[0084] 可選的，所述管道破裂極限態(tài)方程&通過以下公式計(jì)算獲得：
[0089] 式中，R-管道半徑（mm);
[0090] c一缺陷長度的二分之一（mm);
[0091] ceff一有效缺陷長度的二分之一（mm);
[0092] Cv-全尺寸夏比V-型切口穩(wěn)定能量（J);
[0093] A。一全尺寸夏比剪切力面積（mm2);
[0094] E一楊氏模量（MPa);
[0095] 〇y-管材屈服強(qiáng)度（MPa)。
[0096] 2crff= 2ccosΘ，2c在穿刺模型中等于挖掘設(shè)備斗齒長度，在凹陷模型中等于凹 陷的長度。
[0097] 可選的，所述基于所述頻次R、所述泄漏極限態(tài)方程ZjP所述破裂極限態(tài)方程Zr 確定出所述管道因挖掘損傷的失效概率，具體為：
[0098] 基于所述頻次R和所述泄漏極限態(tài)方程叾^十算所述管道因挖掘損傷導(dǎo)致的泄露 概率P1;
[0099] 基于所述頻次R和所述破裂極限態(tài)方程Zr計(jì)算所述管道因挖掘損傷導(dǎo)致的破裂 概率P2。
[0100] 第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種管道挖掘機(jī)械損傷失效概率確定系統(tǒng)，包括：
[0101] 第一確定模塊，用于基于管道的管道屬性數(shù)據(jù)和周邊環(huán)境數(shù)據(jù)確定所述管道的故 障樹模型中各基本事件的發(fā)生概率；
[0102] 計(jì)算模塊，用于基于所述各基本事件的發(fā)生概率計(jì)算單位長度管道上方下一年度 發(fā)生挖掘活動的頻次R;
[0103] 第二確定模塊，用于確定所述管道的穿刺失效極限態(tài)方程&、凹陷失效極限態(tài)方 程&和管道破裂極限態(tài)方程g3;
[0104] 第三確定模塊，用于確定在一次挖掘活動中所述管道發(fā)生泄露的泄漏極限態(tài)方程 org2〈0)，以及所述管道發(fā)生破裂的破裂極限態(tài)方程Zr=f(g3〈0);
[0105] 第四確定模塊，用于基于所述頻次R、所述泄漏極限態(tài)方程Zi和所述破裂極限態(tài)方 程Zr確定出所述管道因挖掘損傷的失效概率。
[0106] 可選的，所述