PDF《复杂载荷下深水顶张式立管屈曲失效风险分析》

complex loads;

buckling failure;

risk analysis ・556・ 天津大学学报(自然科学与工程技术版) 第51 卷第6期顶张式立管(TTR)是张力腿平台(TLP)的关键 部件, 也是海洋油气管线中最为薄弱易损的构件之 一. 其在内部流体和外部载荷的共同作用下极易发 生结构屈曲失效. 当结构屈曲失效时, 轻则导致停 工停产, 影响作业效率;

重则可能引起泄漏污染, 甚 至火灾爆炸, 危及平台人员及设备安全. 我国南海 油气资源丰富, 但深水环境复杂, 立管通常面临波、 流、 地震等极端环境载荷、 碰撞、 爆炸冲击等第 三方破坏载荷[1-2] 以及材料腐蚀、 介质漏失的联合 作用, 更进一步加剧其发生屈曲的可能性及后果的严 重性. 因此, 深水 TTR 是有必要针对结构屈曲失 效风险进行集中研究的, 通过风险分析可以提出更 具针对性的防控措施, 从而降低其失效风险, 提高 安全性. 目前, 已有立管风险分析研究主要是使用基于历 史事故案例统计的方式完成风险辨识过程[3-5] . 根据 美国国家矿产管理局(MMS)和美国安全与环境执行 局(BSEE)关于美国外大陆架区域各种海洋工程事故 的统计可以得到 1994―2013 年共

66 起立管事故的 发生原因分布, 由于腐蚀、 载荷破坏、 第三方破坏、 管 理不善及其他未知原因造成的事故分别为

8 起、

7 起、

17 起、

28 起及其余

6 起. 可以看出, 现有的立管 事故资料主要是从宏观角度上对事故原因进行描述, 并未根据立管类型和失效形式进行精确划分. 在此 基础上进行的海洋立管风险分析往往包含不同立管 类型和各种失效形式在内[4,,

6] , 事故原因存在很强的 离散性. 深水立管在复杂载荷条件下发生结构屈曲 失效的形式是多样的, 立管在不同作业阶段所需考虑 的屈曲失效形式也有所差异. 因此若针对立管结构 屈曲失效风险进行集中研究, 则单纯基于事故统计进 行风险源辨识是不完善的. 此外, 当基于事故案例进 行辨识时, 只有那些实际曾经导致事故发生的风险源 才被纳入辨识范围, 无法对各种潜在风险源做出详尽 且系统的整理和归类. 如果在此基础上对特定立管 对象和专属失效形式进行研究, 深入度便会受到一定 限制. 专家综合评估法与模糊故障树法相结合的风险 分析方法已成为船舶、 海洋平台及立管设计、 海底管 线铺设等领域较为成熟的分析手段之一, 被一些学者 应用于实际的风险研究[4-8] . 这两种方法中, 前者利 用专家经验判断来弥补统计资料的不完备, 增强了方 法的适用性;

后者通过模糊数学理论将专家判断的主 观性和随机性降到最低, 提高了方法的准确性. 在风 险分析的具体过程方面, 多数研究更加注重对系统总 体风险事件发生概率的确定, 某些虽给出了系统总体 失效后果, 但忽略系统所包含各个风险形式层面下发 生概率及后果的判断[4-6] , 不利于找出研究后期风险 防控的工作重........