复杂油气长输管道工程系统货币化定量风险评价与最优维护决策理论及方法研究

在具有中介状态和失效相关时复杂抗震工程系统可靠性研究成果的基础上，进一步研究考虑中介状态和失效相关时复杂环境下油气长输管道定量风险评价的系列关键科学问题和相关基础理论。提出考虑"安全-中介-失效"三级工作模式的管道可靠性向量概念及其三分量的主观概率模型和故障树模型，建立管线系统的可靠性向量计算模型；给出新概念下管道定量风险值的本质定义，提出管道失效后生命损失、经济损失、环境损失的货币化定量估算原则和方法，建立考虑中介状态的管道工程系统定量风险评价数学模型；提出管道风险缓解措施体系、措施实施的风险降低水平和费用的货币化定量计算方法；在已知管道事故后设施安全、人身安全、环境安全的社会和企业风险可接受性准则的前提条件下，科学地建立基于定量风险的管道最优完整性维护决策模型。形成一套具有自主知识产权、可用于指导油气长输管道工程系统安全运行的理论与方法，为我国油气长输管道安全运营提供科学的理论依据。

油气长输管网的高速发展，决定了管道风险评估研究的必要性。在具有中介状态和失效相关时复杂抗震工程系统可靠性研究成果的基础上，进一步研究具有中介状态和失效相关时复杂环境下油气长输管道定量风险评价的系列关键科学问题和相关基础理论。充分考虑到失效准则的模糊性和局限性，在管道系统各种工况下的失效模式分析和影响因素的研究基础上，提出了具有“安全-中介-失效”三级工作模式的管道可靠性向量概念及其运算规则，实现了管道广义可靠性的明晰化处理。同时，给出了具有中介状态的管线工程系统的可靠性向量计算方法。针对具有中介状态的油气管道系统，提出了三种管道失效故障树定量分析方法，建立了管道结构可靠性向量三分量的主观概率模型和故障树模型。结合我国以及行业标准或惯例，建立了对应的管道失效后生命损失、经济损失、环境损失的货币化定量估算方法。提出了管道货币化风险的概念，并建立了定量分析模型。在此基础上，考虑到长输管线系统的多样性和复杂性，提出了基于定量风险的管线分段原则，并基于不同标准（包括：定量风险值、风险降低水平、失效原因以及降低风险措施）对管段进行维护的优先排序，最终建立适合我国国情且与国际接轨的具有中介状态的油气长输管道系统货币化定量风险评价的理论与方法。根据故障树中基本事件的特性和风险评价中的各基本事件建立对应关系，进一步建立了管道风险缓解措施体系，提出了措施的风险降低水平定量分析方法，构建了风险缓解措施、措施维护程度和风险措施缓解程度的内在关系，并采用故障树分析技术建立了计算模型。提出管线风险缓解措施费用的货币化估计原则和定量方法。在已知管道事故后设施安全、人身安全、环境安全的社会和企业风险可接受性准则的前提下，建立了管道最优完整性维护决策总体框架，提出了管道定量风险维护决策树分析法、最优完整性维护决策的效用函数法和有限费用优化法，实现了以人身安全和环境破坏约束的最小期望费用维护决策。结合我国油气管道现状和工程实际，对多条油气长输管道系统进行了工程评价，理论与方法在应用中不断得到修改和提高，最终形成了一套具有自主知识产权并适用于我国油气长输管道工程系统货币化定量风险评价和最优完整性维护的理论和方法，从理论上找到影响管道安全的主要因素和风险缓解措施，科学地评价不断变化的管道系统风险因素，在综合技术经济分析的指导下对管道安全维护活动做出调整，为国内油气长输管道安全运行提供科学手段和理论依据。