二维云模型和贝叶斯网络的立管风险评估方法

doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2022.05.0699

中国安全科学学报 ›› 2022, Vol. 32 ›› Issue (5): 147-154.doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2022.05.0699

二维云模型和贝叶斯网络的立管风险评估方法

刘嘉豪¹^,²(), 余杨¹^,²^,^**(), 张振兴³, 余建星¹^,², 王巍巍³, 傅一钦¹^,²

¹ 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津 300072
² 天津大学天津市港口与海洋工程重点实验室,天津 300072
³ 海洋石油工程股份有限公司,天津 300072

收稿日期:2021-04-12 修回日期:2022-02-18 出版日期:2022-05-28
通讯作者:
**余杨(1988—),男,福建泉州人,工学博士,副教授,主要从事船舶与海洋结构物风险评估与预警的研究工作。E-mail: yang.yu@tju.edu.cn。
作者简介:
刘嘉豪 (1997—),男,河北张家口人,硕士研究生,研究方向为船舶与海洋结构物风险评估与预警。E-mail: ljhjiahao@tju.edu.cn。
余建星, 教授
基金资助:
国家重点研发计划项目(2018YFC0310502); 国家自然科学基金面上项目资助(51879189); 工业和信息化部高技术船舶项目(MC-201917-C09)

Risk assessment method of risers based on two-dimensional cloud model and BN

LIU Jiahao¹^,²(), YU Yang¹^,²^,^**(), ZHANG Zhenxing³, YU Jianxing¹^,², WANG Weiwei³, FU Yiqin¹^,²

¹ State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and Safety, Tianjin University, Tianjin 300072, China
² Tianjin Key Laboratory of Port and Ocean Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
³ Offshore Oil Engineering Co., Ltd., Tianjin 300072, China

Received:2021-04-12 Revised:2022-02-18 Published:2022-05-28

摘要/Abstract

摘要：

为探明非粘结柔性立管关键失效模式,提出一种量化评估与概率推理相结合的风险评估法。首先,基于二维云模型改进风险矩阵法;然后将事故树转化为贝叶斯网络(BN),量化评估底事件,并计算其发生概率;通过BN双向推理,求解顶事件失效概率,排查故障源头;最后针对关键失效模式提出预防措施,并通过实例验证该方法。结果表明:非粘结柔性立管失效概率为1.099×10^-2;腐蚀、侵蚀和船舶运动3种失效模式风险等级较高,需要在维护时引起注意。

关键词: 非粘结柔性立管, 二维云模型, 贝叶斯网络(BN), 风险评估, 风险量化分析, 风险矩阵法

Abstract:

In order to explore key failure modes of non-bonded flexible risers, a risk assessment method combining quantitative assessment and probability reasoning was proposed. Firstly, risk matrix method was improved based on two-dimensional cloud model. Secondly, fault tree was transformed into BN, bottom event was quantitatively evaluated and its occurrence probability was calculated. Then, failure probability of top event was solved and fault source was investigated through BN bidirectional reasoning. Finally, preventive measures were proposed for key failure modes, and the assessment method was verified with an example. The results show that the failure probability of non-bonded flexible risers is 1.099×10^-2. Corrosion, erosion and ship movement are the three failure modes with higher risk levels, and should be paid attention to during maintenance.

Key words: non-bonded flexible riser, two-dimensional cloud model, Bayesian network (BN), risk assessment, quantitative risk analysis, risk matrix method

刘嘉豪, 余杨, 张振兴, 余建星, 王巍巍, 傅一钦. 二维云模型和贝叶斯网络的立管风险评估方法[J]. 中国安全科学学报, 2022, 32(5): 147-154.

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图/表 12

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参考文献 19

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编号	中间事件	编号	中间事件	编号	中间事件
M₁	非粘结柔性立管失效	M₆	扭转断裂	M₁₁	外保护套失效
M₂	压溃	M₇	疲劳	M₁₂	钢丝骨架断裂
M₃	破裂	M₈	压力超过安全范围	M₁₃	钢丝骨架径向屈曲或解锁
M₄	拉伸断裂	M₉	腐蚀与高拉伸荷载联合作用	M₁₄	腐蚀疲劳
M₅	压缩破坏	M₁₀	磨损与高拉伸荷载联合作用	M₁₅	铠装层磨损疲劳
编号	底事件	编号	底事件	编号	底事件
D₁	制造缺陷	D₇	安装缺陷	D₁₃	立管发生扭转
D₂	聚合物老化收缩产生椭圆度	D₈	管道外部磨损	D₁₄	扭转力与钢丝方向一致
D₃	水深过大	D₉	通风系统失效	D₁₅	扭转力与钢丝方向相反
D₄	材料强度不足	D₁₀	拉伸荷载过大	D₁₆	船舶运动
D₅	腐蚀	D₁₁	外保护套屈曲抗力不足	D₁₇	波浪荷载
D₆	侵蚀	D₁₂	抗拉装甲层受压刚度低	D₁₈	聚合物层疲劳

等级	区间数	可能性	严重度
Ⅰ	[0,0.2)	小	系统轻微损坏
Ⅱ	[0.2,0.4)	较小	系统损坏,轻微财产损失
Ⅲ	[0.4,0.6)	中	系统损坏,较大财产损失
Ⅳ	[0.6,0.8)	较大	系统损坏,影响生产
Ⅴ	[0.8,1]	大	系统损坏,造成停产

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Risk assessment method of risers based on two-dimensional cloud model and BN

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1	高级工程师	28	硕士	51	16	0.320 0
2	副教授	19	博士	48	15	0.300 0
3	教授	32	博士	56	19	0.380 0
合计					50	1.000 0

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