1、操作規程示范文本 | Excellent Model Text 資料編碼：CYKJ-FW-878編號：_燃氣輸配管網供氣可靠性評價方法審核：_時間：_單位：_燃氣輸配管網供氣可靠性評價方法用戶指南：該操作規程資料適用于指明操作步驟和程序，安全技術知識和注意事項，指導正確使用個人安全防護用品，生產設備和安全設施的維修保養，預防事故的緊急措施，安全檢查的制度和要求等。可通過修改使用，也可以直接沿用本模板進行快速編輯。摘要：燃氣管網系統是一種可修復的系統，對這種系統需要研究其可靠性問題。燃氣管網發生故障使系統的完整性狀態發生變化，可以看作齊次馬爾柯夫過程。考慮管網的維修性，結合關于管網閥門規則配置的

2、研究成果，提出基于水力工況的燃氣管網供氣可靠度計算方法，使燃氣管網可靠性評價實用化。關鍵詞：燃氣管網 可靠性 評價 可靠度計算 故障Reliability Assessment on Gas Supply of Gas Transmission and Distribution NetworkAbstract：The gas pipe network system is a repairable system，and the system reliability needs to be studiedAs fault occurs，the integrity state of the syst

3、em is changed and the change process is known as a Markov processTaking the maintainability of pipe network into account，combined with the research results about pipe network valve rule configuration，a calculation method for reliability of gas pipe network based on the hydraulic condition is put for

4、ward to put the gas pipe network reliability assessment into practical applicationKeywords：gas pipe network；reliability；assessment；reliability calculation；fault1概述燃氣輸配管網是由大量管道以及閥門、部件構成的系統。為保證安全供氣，管網系統一般建成環狀，以便在管網個別部位發生故障后需從系統隔離時，管網仍具有一定的供氣能力。管網在建成后經過強度試驗和氣密性試驗合格后投入運行。此時，管網具有很好的完整性，可按設計規定的供氣量工作。隨著運行時

5、間的推移，管網部件本身及施工的某些缺陷會暴露出來，或因其他原因發生故障，需將故障部件從系統中隔離開來，此時管網的供氣能力會受到一定程度的影響。在損壞部件被修復、故障被排除后，管網又恢復到完整的狀態。可見管網系統是一種可修復的系統，并且是一種在個別管段或部件發生故障時仍具有一定供氣能力的復雜系統。對這種系統需要研究其可靠性問題。對于燃氣管網可靠性問題，前蘇聯約寧進行了研究1。筆者按齊次馬爾柯夫過程原理，考慮管網的維修性對此進行重新探討，并結合關于管網閥門規則配置的研究成果，提出基于水力工況的燃氣管網供氣可靠度計算方法。2管網供氣可靠度燃氣管網在運行中隨時有可能因管段(或閥門等部件)發生故障使系統

6、的完整性狀態發生變化。燃氣輸配管網的狀態變化可以看為齊次馬爾柯夫過程2。對燃氣管網各管段的狀態，用狀態函數表示。管段的狀態完好時其狀態函數xj=1；管段故障時，其狀態函數xj=0。可見此處狀態函數是二值函數。全體管段的狀態函數構成表明管網完整性的狀態向量。X=x1，x2，xj，xnT(1)式中X管網狀態向量xj管段狀態函數n管段及閥門數，即系統的故障模式數j管段及閥門編號，即系統的故障模式號，j1，2，n隨xj取值不同，X即有相應的取值，即管網有不同的狀態。我們采用假定：在某一時刻，管網處于最多只發生一根管段或一個閥門故障的模式，則管網將有n+1種狀態，即：X01，1，1，1TX10，1，1，

7、1TX21，0，1，1T.Xn1，1，1，0TX01，1，1，1T表示全體管段(或閥門)都正常，X10，1，1，1T表示第1號管段(或閥門)發生故障。Xn1，1，1，0T表示第7,號管段(或閥門)發生故障。燃氣管網狀態保持完整狀態的概率P0PXX0，第j管段或閥門故障狀態的概率PjPXXj，j1，2，n。狀態轉移的概率，可按齊次馬爾柯夫過程推導2-3。系統處于完整狀態的概率：式中P0系統處于完整狀態的概率lj第，管段(或閥門)故障率，即第j種故障模式的故障率，lam維修率t管網投產(或大修后)開始運行的時間，a故障率定義為在單位時間(例如la)內，發生故障的元件數與當時完好的元件數的比率。維修

8、率定義為在單位時間(例如la)內，修復的故障元件數與當時故障的元件數的比率。系統處于j狀態的概率：式中Pj系統處于j狀態的概率燃氣管網供氣能力與管網的完整性狀態有關。無故障的管網具有的供氣能力稱為正常供氣量q0t，而在故障狀態，管網會失去一定量供氣能力，即減供量Dqjt，只保持部分供氣能力，即故障供氣量qjt。對一個管網，由于其狀態處在隨機過程中，其預期的供氣能力與它們可能有的狀態的概率有關。為對其進行合理的估計，可以采用下列概率加權關系，即管網供氣能力的概率估計，稱為概率供氣量，見式(4)：式中qt管網的概率供氣量，m³hq0t無故障的管網的正常供氣量，m³hqjt故障供

9、氣量，m³h式中Dqjt管網減供量，m³h將式(5)、(6)代入式(4)，有：定義管網的概率供氣量與正常供氣量之比為管網供氣可靠度，即：式中R(t)管網供氣可靠度將式(7)代入式(8)，有：在本定義中有關量都是時間的函數，即定義的管網供氣可靠度是因時而變的。這在邏輯上是合理的。有必要限定將定義固定在設計工況下，即q0t采用管網設計的額定供氣量q0。Dqjt也按相對于額定供氣量q0在管網第，種故障模式下減少供氣的減供量Dqj確定。即設計的額定供氣量q0與故障模式下減少供氣的減供量Dqj都與時間無關，以及將故障模式區分為管段故障模式及閥門故障模式：nM+V (10)式中M管段數

10、，即管段故障模式數V閥門數，即閥門故障模式數因此式(9)改寫為：式中q0管網設計的額定供氣量，m³hDqj相對于額定供氣量q0在管網第j種故障模式下的減供量，m³h將式(3)代入式(11)，有：對于管段，有：ljlelj (13)對于閥門，有：ljlv (14)式中le管段的單位長度故障率，l(km·a)lj第歹管段的長度，kmlv閥門故障模式的故障率，la將管段與閥門分別考慮，由式(12)得：由燃氣管網供氣可靠度公式可以看到，R(t)與管網故障模式下減少的供氣量有關系；與管網管段、閥門等部件的故障率、維修恢復能力的維修率有直接關系。這表明提高供氣可靠度有賴于合理

11、的設計管網和配置閥門等部件。因此也引申出一項工作，即是需要在設計中進行燃氣管網供氣可靠性的評價和計算。從R(t)計算式可以看到，R(t)與所采用的t有關，這表明采用較短的管網大修更新周期，有利于提高管網的供氣可靠性。燃氣管網供氣可靠度的計算，按現有文獻，例如文獻1介紹的方法，需對管網所有可能的故障模式(M+V種)，計算出相應每一種故障模式下的減少供氣量Dqj，再按式(12)進行計算。顯然，用這種逐一故障模式計算的方法，對實際管網因工作量太大而無法使用。3基于水力工況的管濺供氣可靠度詩算燃氣管網的一根管段發生故障時，對整個管網的水力工況只有局部的影響，基于這一概念，筆者在此提出基于水力工況的Dq

12、j計算模型，使供氣可靠度計算具有可操作性。其方法是，設管網按m級進行閥門規則配置4，對管網設計工況進行水力計算，以計算結果的某管段組流量作為該管段組內管段故障時的系統減供量，閥門相鄰的兩管段組流量作為該閥門故障時的系統減供量。特別對于枝狀管網，管段故障時，本管段流量即是系統減供量。由此燃氣管網供氣可靠度計算將變得十分容易，可在管網水力計算時同時完成。基于水力工況的燃氣管網供氣可靠度計算要采用3個近似假定：管網故障模式為：在一個時刻只發生一根管段故障或一個閥門故障(實際這一假定是有條件的，即一般限于管段數為200以下)。由于管段或閥門發生故障，將有關管段組與管網隔離后，管網的減供量即是被隔離有關

13、管段組的各管段計算流量之和(實際管網的減供量可能略偏離其值)。對m級閥門規則配置的管網，某一管段j故障的減供量為：mDqj。一般管網閥門規則配置級別m2，3，近似估計，閥門故障的減供量為：式中g閥門故障時受影響管段數增加的系數m管網閥門規則配置級數g是考慮閥門故障時受其故障影響的管段數會增加的系數，l.5<g<2，因而由式(15)得出管網供氣可靠度為：式中H管網環數T管網支管管段數ëxû地板函數，即等于或小于實數x的最大整數關于式(18)及管網閥門規則配置級數，參見文獻。下面列舉一個算例，管網見圖1，管網水力計算結果(管段流量)見表l。對圖l所示的44根管段(管

14、段上的數字是管段編號)的管網，采用基于水力工況的燃氣管網供氣可靠度計算方法，計算得出其供氣可靠度R(10)0.9548。計算條件為：管段單位長度故障率le0.003，閥門故障率lv0.00035，維修率m0.125，計算年限t=10a。4討論計算表明，對一個管網型式，在由于各種條件變化引起水力工況變化時，可靠度值變化很小。這表明基于水力工況的燃氣管網供氣可靠度計算方法式(17)具有很好的穩定性。結合筆者關于管網閥門規則配置的研究成果，使供氣可靠度計算更為細致。有必要規定可靠度尺(t)的界限，這一工作需經過實際資料數據的積累逐漸明確。對不同類型和規模的管網應該提出不同的R(t)數值界限，并且對其要隨時間進程，按技術經濟條件變化而作出調整。5結論將燃氣輸配管網的狀態變化看為齊次馬爾柯夫過程建立燃氣輸配管網供氣可靠性評價模型。本文提出的基于水力工況的燃氣管網供氣可靠度計算方法，將可靠度計算與管網水力計算同時完成，使管網可靠性評價具有可